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JP7035223B2 - Method for Forming Gate Structure of III-V Field Effect Transistor - Google Patents

Method for Forming Gate Structure of III-V Field Effect Transistor Download PDF

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JP7035223B2
JP7035223B2 JP2020560868A JP2020560868A JP7035223B2 JP 7035223 B2 JP7035223 B2 JP 7035223B2 JP 2020560868 A JP2020560868 A JP 2020560868A JP 2020560868 A JP2020560868 A JP 2020560868A JP 7035223 B2 JP7035223 B2 JP 7035223B2
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Description

この開示は、概して、電界効果トランジスタ(FET)のゲート構造を形成する方法に関し、より具体的には、サブトラクティブ処理又はリフトオフ処理のいずれも用いずに電界効果トランジスタ(FET)のゲート構造を形成する方法に関する。 This disclosure generally relates to a method of forming a gate structure of a field effect transistor (FET), and more specifically, to form a gate structure of a field effect transistor (FET) without using any subtractive processing or lift-off processing. Regarding how to do it.

技術的に知られているように、例えば窒化ガリウム系(AlGaN/GaN)高電子移動度トランジスタ(HEMT)など、窒化物半導体として参照されることもあるIII族窒化物半導体を有する数多くのモノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)が、高周波及び高出力(ハイパワー)の用途でますます使用されている。以下では、III族窒化物をIII族-Nとして参照することもあり、これは例えば、二元のInN、GaN、AlN合金、例えばAlGa1-xN(AlGaN)合金などの三元合金、及び他の窒素系合金を含む。 As is technically known, many monolithic micros having Group III nitride semiconductors, sometimes referred to as nitride semiconductors, such as gallium nitride based (AlGaN / GaN) high electron mobility transistors (HEMTs). Wave integrated circuits (MMICs) are increasingly being used in high frequency and high power applications. In the following, group III nitrides may also be referred to as group III-N, which is a ternary alloy such as, for example, a binary InN, GaN, AlN alloy, for example an Al x Ga 1-x N (AlGaN) alloy. , And other nitrogen-based alloys.

これらのHEMTデバイスの潜在能力を現実のものとするためには、低抵抗で、良好なエッジ鋭敏性の、信頼性のある金属-金属コンタクト、及び金属-半導体オーミックコンタクト及びショットキーコンタクト(ゲート形成のため)を達成することが必要である。大抵のIII族-Nファウンドリ金属-金属及び金属-半導体低抵抗オーミックコンタクトは、(伝送線路及びオーミックコンタクトのために)シート抵抗を低減させるように、及び能動デバイスに対して最も低い金属-半導体オーミックコンタクト抵抗を達成するのに必要とされる高温アニール中の酸化を減らすよう、金(Au)を使用している。ショットキーゲートコンタクトに好適なコンタクトメタルは、その大きい仕事関数(≧5eV)のおかげで、ニッケルである。 To realize the potential of these HEMT devices, low resistance, good edge sensitivity, reliable metal-metal contacts, and metal-semiconductor ohmic contacts and Schottky contacts (gate formation). Because) is necessary to achieve. Most Group III-N foundry metal-metal and metal-semiconductor low resistance ohmic contacts are the lowest metal-semiconductor ohmic contacts to reduce sheet resistance (for transmission lines and ohmic contacts) and for active devices. Gold (Au) is used to reduce the oxidation during high temperature annealing required to achieve contact resistance. A suitable contact metal for Schottky gate contacts is nickel, thanks to its large work function (≧ 5 eV).

これまた知られているように、多くのモノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)及び他の集積回路(IC)において、マウントされたチップへのグランド及び電気信号の双方のために、MMICの底面に電気的な接続がなされ、これらの接続は、基板及び/又は基板の少なくとも一部上の半導体エピタキシャル層を通り抜ける導電ビアを通じて、これらビアをウエハ上のメタライゼーション(前面側メタライゼーションとして参照されることもある)に接続する電気コンタクトに対してなされる。 As is also known, in many monolithic microwave integrated circuits (MMICs) and other integrated circuits (ICs), electricity is applied to the bottom of the MMIC for both ground and electrical signals to the mounted chips. Connections are made and these connections are also referred to as metallization (also referred to as front side metallization) on the wafer through conductive vias that pass through the substrate and / or at least a portion of the substrate in a semiconductor epitaxial layer. Made for electrical contacts that connect to).

伝統的に、III族-NのHEMT MMIC及びデバイスは、III-V族ファウンドリにおいてリフトオフに基づく処理によって製造される。しかしながら、最近、III族-N HEMTは、Si CMOSファウンドリ環境で、高歩留まりシリコン(Si)のような、Auフリーのサブトラクティブ処理技術を用いて製造され始めている。より具体的には、“リフトオフ”プロセスは、表面のうち材料が堆積されるべき選択部分を露出させる窓をマスクが有するものである。材料がマスク上に堆積され、材料の一部が、表面の露出された選択部分上へと窓を通り抜ける。溶媒を用いて、マスクが、マスク上の材料の部分(堆積された材料のうち不所望の部分)とともにリフトオフされ、表面のうち上記露出された選択部分上に材料の所望部分が残される。“サブトラクティブ”プロセスは、先ず材料が表面全体に堆積されるものである。次いで、堆積された材料の選択部分(処理後に残ることになる部分)のみを覆ってマスクが形成され、堆積された材料の不所望部分は露出される。次いで、エッチャントをマスクと接触させ、それにより、露出されている不所望部分が除去される一方で、マスクが、材料のうち覆われている所望部分をエッチャントが除去するのを防ぐ。 Traditionally, group III-N HEMT MMICs and devices are manufactured in group III-V foundries by lift-off based processing. However, recently, Group III-N HEMTs have begun to be manufactured in a Si CMOS foundry environment using Au-free subtractive processing techniques such as high yield silicon (Si). More specifically, the "lift-off" process is one in which the mask has a window that exposes a selection of the surface on which the material should be deposited. The material is deposited on the mask and a portion of the material passes through the window onto the exposed selection of the surface. Using the solvent, the mask is lifted off with a portion of the material on the mask (an undesired portion of the deposited material), leaving the desired portion of the material on the exposed selection portion of the surface. The "subtractive" process is one in which the material is first deposited over the entire surface. A mask is then formed covering only the selected portion of the deposited material (the portion that will remain after treatment), exposing the undesired portion of the deposited material. The etchant is then brought into contact with the mask, thereby removing the exposed unwanted portion, while preventing the mask from removing the desired portion of the material that is covered.

よく知られていることには、Si CMOSファウンドリに対して、(伝統的なIII-V族ファウンドリで処理される)III-V族化合物半導体デバイス及び回路の歩留まり及びコストは、小さいウエハ出来高、処理中の基板ハンドリングの増加、金属ラインを画成するためのリフトオフベースの処理技術の広範な使用、及びサブ500nmゲートリソグラフィのための時間のかかる電子ビームリソグラフィの使用によって、長いこと制限されてきた。一方、Si CMOSファウンドリ環境は、大きいウエハ出来高、大きいウエハ径(≧200mm)、高度に自動化されたカセット・ツー・カセットウエハ製造又は処理ツール、サブトラクティブ処理技術、高度な光リソグラフィクラスタツール及び技術(サブ100nmの造形を画成することが可能)、及び設備の発展とテクノロジノードの発展との双方を駆り立てるムーアの法則パラダイムという利益を有する。 It is well known that for Si CMOS foundries, the yield and cost of III-V compound semiconductor devices and circuits (processed by traditional III-V foundries) are small wafer yields, processing. It has long been limited by increased substrate handling within, extensive use of lift-off-based processing techniques to define metal lines, and the use of time-consuming electron beam lithography for sub-500nm gate lithography. Si CMOS foundry environment, on the other hand, has large wafer yields, large wafer diameters (≧ 200 mm), highly automated cassette-to-cassette wafer manufacturing or processing tools, subtractive processing technologies, advanced optical lithography cluster tools and technologies ( It is possible to create a sub 100 nm model), and has the benefit of Moore's Law paradigm that drives both the development of equipment and the development of technology nodes.

しかしながら、前述のように、Siファウンドリ基盤及び付随するSi CMOSウエハ出来高の利益を活用するためには、開発されるIII族-NプロセスがAuフリーでなければならない。金はSiにおいては深い準位のトラップドーパントである。従って、致命的な歩留まり問題を引き起こし得る深刻な汚染の懸念があるため、Si CMOSファウンドリ製造ラインのフロントエンド又はバックエンドにおいてAuは許されない。 However, as mentioned above, in order to take advantage of the Si foundry substrate and associated Si CMOS wafer volume, the Group III-N process being developed must be Au-free. Gold is a deep-level trap dopant in Si. Therefore, Au is not allowed on the front-end or back-end of Si CMOS foundry production lines due to serious contamination concerns that can cause fatal yield problems.

従って、Siファウンドリ環境におけるGaN(又は他のIII-V族)デバイスウエハの金フリー処理は、例えばアルミニウム(Al)又は銅(Cu)などの、Siファウンドリバックエンドオブライン(BEOL)に適合したメタライゼーションの使用を必要とする。銅は、優れた導電率及びエレクトロマイグレーション耐性を持つので、これらの金属の中で、使用するのに最も魅力的である。しかしながら、揮発性の銅ドライエッチング副生成物の欠如のため、フォトレジストマスキング及びプラズマエッチングがアルミニウムでは大いなる成功を伴って使用されてきたフォトリソグラフィの技術によってでは、容易には、銅をサブトラクティブにパターニングすることができない。銅を処理するために、ダマシンプロセス(これもサブトラクティブである)が開発された。Cuダマシンプロセスでは、典型的には下に位置する絶縁層(通常は二酸化シリコン)である銅のためのホスト絶縁体材料が、銅を形成すべきところに開口トレンチを有するようにパターニングされる。この絶縁層上に、トレンチをかなり過充填する銅の厚いコーティングが堆積され、化学機械平坦化(CMP)を用いて、絶縁層の頂面上に延在する余分な銅が除去される。絶縁層のトレンチ内に充填されたCuは除去されずに、パターン形成された導電インターコネクトとなる。 Therefore, gold-free processing of GaN (or other III-V) device wafers in a Si foundry environment is a metallization suitable for the Si foundry back end of line (BOOL), such as aluminum (Al) or copper (Cu). Requires the use of. Copper is the most attractive of these metals to use because of its excellent conductivity and electromigration resistance. However, due to the lack of volatile copper dry etching by-products, photoresist masking and plasma etching have been used with great success in aluminum with photolithography techniques that make copper easily subtractive. Cannot be patterned. A damascene process (also subtractive) was developed to process copper. In the Cu damascene process, the host insulator material for copper, which is typically the underlying insulating layer (usually silicon dioxide), is patterned to have an open trench where the copper should be formed. A thick coating of copper is deposited on this insulating layer that significantly overfills the trench, and chemical mechanical flattening (CMP) is used to remove excess copper extending over the top surface of the insulating layer. The Cu filled in the trench of the insulating layer is not removed, but becomes a patterned conductive interconnect.

これまた技術的に知られているように、Cuは管理可能なものではあるが、Siファウンドリに対してそれ自身の汚染リスクをもたらすものでもある。周囲材料への銅の拡散はそれらの特性を劣化させることになるので、バリア層が全ての銅インターコネクトを完全に取り囲むべきである。典型的に、Cuメタルインターコネクトの底面及び側面に沿った拡散バリアとして作用する薄いタンタル(Ta)及び/又は窒化タンタル(TaN)メタル層(Ta/TaN/Cuめっきシードメタルスタックの一部としてのもの)で、トレンチがライニングされる。Cu CMP後に、インターコネクトメタルの頂面がSiNで被覆され、これが、層間酸化物堆積中の酸化を防止する頂部界面拡散バリアとして作用するとともに、更なるインターコネクト形成のための(二酸化シリコンのトレンチエッチング中の)エッチング停止層として作用する。しかしながら、ビアを形成するために塩素(又は他の酸化剤)系エッチングを必要とするウエハ貫通ビア又は半導体層貫通ビアによって裏面から前面へのメタルインターコネクトが支援されるとき、追加のプロセス複雑性が生じる。塩化物系のエッチング副生成物は不揮発性であり、このエッチングプロセスは劣化したCu界面をもたらす。 As is also technically known, Cu is manageable, but it also poses its own risk of contamination to the Si foundry. The barrier layer should completely surround all copper interconnects as the diffusion of copper into the surrounding material will degrade their properties. Typically as part of a thin tantalum (Ta) and / or tantalum nitride (TaN) metal layer (Ta / TaN / Cu plated seed metal stack) that acts as a diffusion barrier along the bottom and sides of the Cu metal interconnect. ), The trench is lined. After Cu CMP, the top surface of the interconnect metal is coated with SiN x , which acts as a top interfacial diffusion barrier to prevent oxidation during interlayer oxide deposition and for further interconnect formation (trench etching of silicon dioxide). Acts as an etching stop layer (inside). However, additional process complexity is added when back-to-front metal interconnects are assisted by wafer-penetrating vias or semiconductor layer-penetrating vias that require chlorine (or other oxidant) -based etching to form vias. Occurs. Chloride-based etching by-products are non-volatile and this etching process results in a degraded Cu interface.

これまた技術的に知られているように、高周波用途で使用される電界効果トランジスタ(FET)は、典型的に、例えば窒化ガリウム(GaN)HEMT FETなどのIII-V族デバイスである。今日、これらのGaN FETの多くは、これらのGaN FETを製造するために特別に設計されたファウンドリで製造されているが、これらのデバイスが、現時においてシリコン(Si)デバイスを製造するために設計されているファウンドリで製造されることも望ましい。 As is also technically known, field effect transistors (FETs) used in high frequency applications are typically III-V devices such as gallium nitride (GaN) HEMT FETs. Today, many of these GaN FETs are manufactured in foundries specifically designed to make these GaN FETs, but these devices are currently designed to make silicon (Si) devices. It is also desirable to be manufactured in a foundry that has been manufactured.

本開示によれば、電界効果トランジスタのゲート構造を形成する方法が提供され、当該方法は、半導体を用意し、半導体の選択された部分の上に開口を有する誘電体層を、半導体の上に形成し、ゲートメタル堆積プロセスを用いて、誘電体層の上及び開口の中にゲートメタルを選択的に堆積させ、堆積される当該ゲートメタルは当該ゲートメタル堆積プロセスによって誘電体層に接着しない、ことを有する。 According to the present disclosure, a method for forming a gate structure of a field effect transistor is provided, in which a semiconductor is prepared and a dielectric layer having an opening on a selected portion of the semiconductor is placed on the semiconductor. The gate metal is formed and selectively deposited on the dielectric layer and in the openings using a gate metal deposition process, and the deposited gate metal does not adhere to the dielectric layer by the gate metal deposition process. Have that.

一実施形態において、堆積されるゲートメタルは、ゲートメタル堆積プロセスによって誘電体層に接着せず、半導体に接着する。 In one embodiment, the deposited gate metal does not adhere to the dielectric layer by the gate metal deposition process, but to the semiconductor.

一実施形態において、半導体の上に絶縁層が形成され、開口は、絶縁層を露出させ、堆積されるゲートメタルは、ゲートメタル堆積プロセスによって誘電体層に接着せず、絶縁層に接着する。 In one embodiment, an insulating layer is formed on the semiconductor, the openings expose the insulating layer, and the deposited gate metal does not adhere to the dielectric layer by the gate metal deposition process, but to the insulating layer.

一実施形態において、当該方法は、当初のゲートメタルを化学的に還元することを含む。 In one embodiment, the method comprises chemically reducing the original gate metal.

一実施形態において、堆積プロセスは原子層成長(ALD)である。 In one embodiment, the deposition process is atomic layer growth (ALD).

一実施形態において、電界効果トランジスタのゲート構造を形成する方法が提供される。当該方法は、半導体を用意し、半導体の選択された部分の上に開口を有する誘電体層を、半導体の上に形成し、開口内に当初のゲートメタルを形成することを含む。 In one embodiment, a method of forming a gate structure of a field effect transistor is provided. The method comprises preparing a semiconductor, forming a dielectric layer having an opening on a selected portion of the semiconductor on the semiconductor, and forming the original gate metal in the opening.

一実施形態において、当該方法は、当初のゲートメタルをゲート構造へと化学的に還元することを含む。 In one embodiment, the method comprises chemically reducing the original gate metal to a gate structure.

一実施形態において、化学的に還元することは、堆積された当初のゲートメタルを還元剤中でアニールすることを有する。 In one embodiment, chemical reduction involves annealing the deposited original gate metal in a reducing agent.

一実施形態において、当初のゲートメタルは酸化物である。 In one embodiment, the initial gate metal is an oxide.

一実施形態において、当初のゲートメタルは酸化ニッケルである。 In one embodiment, the initial gate metal is nickel oxide.

一実施形態において、当初のゲートメタルの形成は原子層成長(ALD)を有する。 In one embodiment, the initial gate metal formation has atomic layer deposition (ALD).

一実施形態において、III族-V半導体の選択された部分の上にニッケル構造を形成する方法が提供される。当該方法は、半導体の選択された部分の上に開口を有する誘電体層を、半導体の上に形成し、開口によって露出された表面上に酸化ニッケルを形成し、酸化ニッケルを還元剤中でアニールして、酸化ニッケルをニッケルへと変換させる、ことを含む。 In one embodiment, a method of forming a nickel structure on a selected portion of a group III-V semiconductor is provided. The method forms a dielectric layer with an opening over a selected portion of the semiconductor on the semiconductor, forms nickel oxide on the surface exposed by the opening, and anneals nickel oxide in a reducing agent. It involves converting nickel oxide to nickel.

一実施形態において、電界効果トランジスタのゲート構造を形成する方法が提供される。当該方法は、半導体を用意し、半導体の選択された部分の上に開口を有する誘電体層を、半導体の上に形成し、開口内にゲートメタルを選択的に堆積させることを含む。 In one embodiment, a method of forming a gate structure of a field effect transistor is provided. The method comprises preparing a semiconductor, forming a dielectric layer having an opening on a selected portion of the semiconductor on the semiconductor, and selectively depositing a gate metal in the opening.

一実施形態において、ゲートメタルを堆積させることは原子層成長(ALD)を有する。 In one embodiment, depositing gate metal has atomic layer growth (ALD).

一実施形態において、電界効果トランジスタのゲート構造を形成する方法が提供され、当該方法は、半導体を用意し、半導体の表面の上に非酸化物の誘電体層を形成し、当該非酸化物の誘電体層は、半導体の表面の選択された部分の上に配置された開口を有し、非酸化物の誘電体層、及び半導体の表面の露出された選択された部分を、ゲートメタル堆積プロセスにかけ、堆積されるゲートメタルは、非酸化物の誘電体層に接着せず、半導体の表面の露出された選択された部分上に形成された酸化物に接着する、ことを有する。 In one embodiment, a method of forming a gate structure of an electric field effect transistor is provided, in which a semiconductor is prepared, a non-oxide dielectric layer is formed on the surface of the semiconductor, and the non-oxide is formed. The dielectric layer has openings placed on selected parts of the surface of the semiconductor, the non-oxide dielectric layer, and the exposed selected parts of the surface of the semiconductor are gate metal deposition processes. The gate metal deposited on the semiconductor has not adhered to the dielectric layer of the non-oxide, but to the oxide formed on the exposed and selected portion of the surface of the semiconductor.

一実施形態において、当該方法は、半導体の表面の上に酸化物の絶縁層を形成することを含み、開口は、酸化物の絶縁層を露出させ、堆積されるゲートメタルは、ゲートメタル堆積プロセスによって非酸化物の誘電体層に接着せず、酸化物の絶縁層に接着する。 In one embodiment, the method comprises forming an oxide insulating layer on the surface of the semiconductor, the openings exposing the oxide insulating layer and the deposited gate metal being a gate metal deposition process. Does not adhere to the non-oxide dielectric layer, but to the oxide insulating layer.

一実施形態において、III族-V半導体の選択された部分の上にゲート構造を形成する方法が提供され、当該方法は、半導体の選択された部分の上に開口を有する誘電体層を、半導体の上に形成し、開口によって露出された表面上に酸化ニッケルを形成し、酸化ニッケルを還元剤中でアニールして、酸化ニッケルをニッケルへと変換させる、ことを有する。 In one embodiment, a method of forming a gate structure on a selected portion of a group III-V semiconductor is provided, wherein the method comprises a dielectric layer having an opening over the selected portion of the semiconductor, the semiconductor. It has the ability to form on top of and form nickel oxide on the surface exposed by the openings and anneal the nickel oxide in a reducing agent to convert the nickel oxide to nickel.

一実施形態において、電界効果トランジスタのゲート構造を形成する方法が提供され、当該方法は、半導体を用意し、半導体の選択された部分の上に開口を有する誘電体層を、半導体の上に形成し、原子層成長によって、開口の中にゲートメタルを選択的に堆積させ、堆積されたゲートメタルを化学的に還元する、ことを有する。 In one embodiment, a method of forming a gate structure of a field effect transistor is provided, wherein the semiconductor is prepared and a dielectric layer having an opening over a selected portion of the semiconductor is formed on the semiconductor. Then, by atomic layer growth, gate metal is selectively deposited in the opening, and the deposited gate metal is chemically reduced.

発明者が認識したことには、GaN HEMTのニッケルベースのゲートの製造のためのNiOの選択的堆積が、伝統的なリフトオフに基づくIII-V族ファウンドリ及びサブトラクティブシリコンファウンドリの双方におけるNiベースのゲート製造の制限を克服する。III-V族ファウンドリにおけるリフトオフに基づく処理は、FETの低い歩留まり、性能低下、及び/又は信頼性低下のうちの1つ以上であるFETへの悪影響をもたらす望ましくないフォトレジスト残渣につながり得る。一方、SiファウンドリにおけるNiベースのゲートのサブトラクティブ処理は、好適なゲート構造メタルであるニッケル(Ni)はドライエッチング(大抵はスパッタ/物理的なエッチングであり、化学的なエッチングではない)するのが難しいので困難である。結果として、Niのエッチングは主として、本質的に非選択性であってFETのゲート構造を形成するために典型的に犠牲誘電体層を使用するものである物理的なエッチングである。代わって犠牲誘電体層の使用は、最適なガンマゲート頂部-チャネル間距離を有するガンマ形ゲート構造を自由に設計する能力に負の影響を及ぼし得る。何故なら、ニッケルゲート構造のエッチングプロセスの間にゲートチャネルの中まで不注意にエッチングしてしまい得るからである。さらに、ガンマゲート構造及びT字ゲート構造の双方で、Niドライエッチング生成物の低い揮発性が、しばしば、Ni含有エッチング生成物の再堆積につながり、代わってそれが、歩留まり及び/又は性能及び/又は信頼性に影響を及ぼす欠陥を生じさせ得る。あるいは、サブトラクティブ処理によるニッケルベースのゲートを画成するためのウェットエッチングの使用は、ゲートメタル造形のアンダーカットにつながることがあり、代わってそれが、乏しい寸法制御(性能バラつきの増大及び低い歩留まりをもたらす)、及び信頼性低下をもたらす。 The inventor has recognized that the selective deposition of NiO for the production of nickel-based gates of GaN HEMTs is based on traditional lift-off in both III-V foundries and subtractive silicon foundries. Overcome the limitations of gate manufacturing. Treatments based on lift-off in III-V foundries can lead to unwanted photoresist residues that adversely affect the FET, which is one or more of the low yield, performance degradation, and / or reliability degradation of the FET. On the other hand, in the subtractive treatment of Ni-based gates in Si foundries, nickel (Ni), which is a suitable gate structure metal, is dry-etched (usually sputter / physical etching, not chemical etching). It is difficult because it is difficult. As a result, the etching of Ni is primarily a physical etching that is essentially non-selective and typically uses a sacrificial dielectric layer to form the gate structure of the FET. The use of sacrificial dielectric layers instead can negatively impact the ability to freely design gamma gate structures with optimal gamma gate top-channel distances. This is because the inside of the gate channel can be inadvertently etched during the etching process of the nickel gate structure. Moreover, in both gamma-gate and T-gate structures, the low volatility of Ni dry etching products often leads to redeposition of Ni-containing etching products, which in turn it yields and / or performance and /. Or it can cause defects that affect reliability. Alternatively, the use of wet etching to define nickel-based gates with subtractive treatment can lead to undercuts in gate metal formation, which in turn leads to poor dimensional control (increased performance variation and low yield). ), And causes a decrease in reliability.

これまた発明者が認識したことには、ここではALDを用いて、開口中に酸化ニッケル(NiO)ゲートメタル層が選択的に堆積され、NiO層は、例えばSiNxなどの非酸化物の層には接着せず、NiO ALD堆積プロセス中に-OH基を形成しやすい自然酸化膜で終端する例えばAlGaN層などの半導体層に接着することになり、それによってALD堆積を支援する。すなわち、半導体であるAlGaNは、ALD中にNiOが付着することになるいくらかの自然酸化膜を持つのに対し、SiNxなる非酸化物の層上には、NiOが結合する有意な濃度の-OH基(例えばSiO又はAlなどの酸化物層上に存在するような)が存在しないので、非酸化物層上へのNiOメタル堆積が抑制される。発明者によるこの堆積の-OH基依存性の認識が、堆積された酸化物(例えば、SiO又はAl)、自然酸化膜、又は酸素プラズマ処理表面(例えば、酸化されたAlGaN表面又はSiNx表面)の上への選択的ゲートメタル堆積の基礎である。 The inventor also recognized that here, using ALD, a nickel oxide (NiO) gate metal layer was selectively deposited in the openings, and the NiO layer was deposited on a non-oxide layer such as SiNx. Will not adhere and will adhere to a semiconductor layer such as an AlGaN layer terminated by a natural oxide film that tends to form -OH groups during the NiO ALD deposition process, thereby supporting ALD deposition. That is, AlGaN, which is a semiconductor, has some natural oxide film on which NiO adheres in ALD, whereas on the non-oxide layer called SiNx, NiO has a significant concentration of -OH to be bonded. Since there are no groups (such as those present on an oxide layer such as SiO 2 or Al 2 O 3 ), NiO metal deposition on the non-oxide layer is suppressed. The inventor's perception of the -OH group dependence of this deposit is that the deposited oxide (eg, SiO 2 or Al 2 O 3 ), a natural oxide film, or an oxygen plasma treated surface (eg, an oxidized AlGaN surface or). It is the basis of selective gate metal deposition on the SiNx surface).

従って、本発明は、Niベースのゲートの形成のために酸化ニッケル(NiO)の選択的原子層成長を利用し、これは、Ni(又はNiO)が必要とされるところにのみNiOを堆積させるものである。結果として、リフトオフに基づく処理(III-V族ファウンドリ)においてのようなレジスト残渣のトラップのリスクがなく、サブトラクティブなウェット又はドライエッチング(Siファウンドリ)の必要もない。さらに、原子層成長(ALD)の使用は、(Siファウンドリで一般的であるような)スパッタリングに基づくNiの堆積によって引き起こされ得るデバイス表面へのダメージを防止する。NiOは、それ自体がゲートとなってもよいし(これは、Niのように5eV以上の仕事関数を持つ)、Niゲート形成のために水素中でNiへと(完全又は部分的に)還元されてもよい。最後に、ALDメタル堆積は、物理的気相堆積技術によって与えられ得る物理的衝撃誘起の表面ダメージを回避する。 Therefore, the present invention utilizes selective atomic layer growth of nickel oxide (NiO) for the formation of Ni-based gates, which deposits NiO only where Ni (or NiO) is needed. It is a thing. As a result, there is no risk of resist residue trapping as in lift-off based treatments (III-V foundries), and there is no need for subtractive wet or dry etching (Si foundries). In addition, the use of atomic layer growth (ALD) prevents damage to the device surface that can be caused by sputtering-based Ni deposition (as is common in Si foundries). NiO may itself be a gate (which has a work function of 5 eV or higher like Ni) or is reduced (completely or partially) to Ni in hydrogen for Ni gate formation. May be done. Finally, ALD metal deposition avoids physical impact-induced surface damage that can be inflicted by physical vapor deposition techniques.

本開示の1つ以上の実施形態の細部が、添付の図面及び以下の記載にて説明される。本開示のその他の特徴、目的及び利点が、これらの記載及び図面並びに請求項から明らかになる。 Details of one or more embodiments of the present disclosure are described in the accompanying drawings and the description below. Other features, objectives and advantages of the present disclosure will be apparent from these descriptions and drawings and claims.

本開示に従った、ここでは高電子移動度トランジスタ(HEMT)である電界効果トランジスタ(FET)の簡略化した断面図である。According to the present disclosure, here is a simplified cross-sectional view of a field effect transistor (FET) which is a high electron mobility transistor (HEMT). 図1Aの直線1B-1Bに沿ってとられた図1AのFETの一部の簡略化した平面図である。It is a simplified plan view of a part of the FET of FIG. 1A taken along the straight line 1B-1B of FIG. 1A. 図2A-2Uは、本開示に従った、半導体構造の製造の様々な段階における半導体構造の概略断面図である。2A-2U are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure at various stages of manufacturing the semiconductor structure in accordance with the present disclosure. 図2A-2Uは、本開示に従った、半導体構造の製造の様々な段階における半導体構造の概略断面図である。2A-2U are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure at various stages of manufacturing the semiconductor structure in accordance with the present disclosure. 図2A-2Uは、本開示に従った、半導体構造の製造の様々な段階における半導体構造の概略断面図である。2A-2U are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure at various stages of manufacturing the semiconductor structure in accordance with the present disclosure. 図2A-2Uは、本開示に従った、半導体構造の製造の様々な段階における半導体構造の概略断面図である。2A-2U are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure at various stages of manufacturing the semiconductor structure in accordance with the present disclosure. 図2Dにおいて矢印で囲んだ部分の図2Dの拡大部分である。The portion surrounded by the arrow in FIG. 2D is an enlarged portion of FIG. 2D. 図2A-2Uは、本開示に従った、半導体構造の製造の様々な段階における半導体構造の概略断面図である。2A-2U are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure at various stages of manufacturing the semiconductor structure in accordance with the present disclosure. 図2A-2Uは、本開示に従った、半導体構造の製造の様々な段階における半導体構造の概略断面図である。2A-2U are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure at various stages of manufacturing the semiconductor structure in accordance with the present disclosure. 図2A-2Uは、本開示に従った、半導体構造の製造の様々な段階における半導体構造の概略断面図である。2A-2U are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure at various stages of manufacturing the semiconductor structure in accordance with the present disclosure. 図2A-2Uは、本開示に従った、半導体構造の製造の様々な段階における半導体構造の概略断面図である。2A-2U are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure at various stages of manufacturing the semiconductor structure in accordance with the present disclosure. 図2A-2Uは、本開示に従った、半導体構造の製造の様々な段階における半導体構造の概略断面図である。2A-2U are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure at various stages of manufacturing the semiconductor structure in accordance with the present disclosure. 図2A-2Uは、本開示に従った、半導体構造の製造の様々な段階における半導体構造の概略断面図である。2A-2U are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure at various stages of manufacturing the semiconductor structure in accordance with the present disclosure. 図2A-2Uは、本開示に従った、半導体構造の製造の様々な段階における半導体構造の概略断面図である。2A-2U are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure at various stages of manufacturing the semiconductor structure in accordance with the present disclosure. 図2A-2Uは、本開示に従った、半導体構造の製造の様々な段階における半導体構造の概略断面図である。2A-2U are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure at various stages of manufacturing the semiconductor structure in accordance with the present disclosure. 図2A-2Uは、本開示に従った、半導体構造の製造の様々な段階における半導体構造の概略断面図である。2A-2U are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure at various stages of manufacturing the semiconductor structure in accordance with the present disclosure. 図2A-2Uは、本開示に従った、半導体構造の製造の様々な段階における半導体構造の概略断面図である。2A-2U are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure at various stages of manufacturing the semiconductor structure in accordance with the present disclosure. 図2A-2Uは、本開示に従った、半導体構造の製造の様々な段階における半導体構造の概略断面図である。2A-2U are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure at various stages of manufacturing the semiconductor structure in accordance with the present disclosure. 図2A-2Uは、本開示に従った、半導体構造の製造の様々な段階における半導体構造の概略断面図である。2A-2U are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure at various stages of manufacturing the semiconductor structure in accordance with the present disclosure. 図2A-2Uは、本開示に従った、半導体構造の製造の様々な段階における半導体構造の概略断面図である。2A-2U are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure at various stages of manufacturing the semiconductor structure in accordance with the present disclosure. 図2A-2Uは、本開示に従った、半導体構造の製造の様々な段階における半導体構造の概略断面図である。2A-2U are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure at various stages of manufacturing the semiconductor structure in accordance with the present disclosure. 図2A-2Uは、本開示に従った、半導体構造の製造の様々な段階における半導体構造の概略断面図である。2A-2U are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure at various stages of manufacturing the semiconductor structure in accordance with the present disclosure. 図2A-2Uは、本開示に従った、半導体構造の製造の様々な段階における半導体構造の概略断面図である。2A-2U are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure at various stages of manufacturing the semiconductor structure in accordance with the present disclosure. 図2A-2Uは、本開示に従った、半導体構造の製造の様々な段階における半導体構造の概略断面図である。2A-2U are schematic cross-sectional views of a semiconductor structure at various stages of manufacturing the semiconductor structure in accordance with the present disclosure. 矢印2U’-2U’で指し示した図2Uの一部の分解概略断面図である。It is an exploded schematic cross-sectional view of a part of FIG. 2U pointed out by an arrow 2U'-2U'. 本開示に従った、図2A-2Tの構造で使用される複数のゲート電極構造のうちの例示的な1つの概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of one of the plurality of gate electrode structures used in the structure of FIG. 2A-2T according to the present disclosure. 図2A-2Tの構造で使用され得る複数のゲート電極構造のうちの例示的な1つの他の一実施形態の概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of another exemplary embodiment of the plurality of gate electrode structures that may be used in the structure of FIG. 2A-2T. 本開示に従った、図2A-2Uの構造でソース及びドレイン電極構造として使用される複数の電極のうちの例示的な1つの概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of one of a plurality of electrodes used as source and drain electrode structures in the structure of FIG. 2A-2U according to the present disclosure. 本開示の他の一実施形態に従った、図2A-2Uの構造でソース及びドレイン電極構造として使用される複数の電極のうちの例示的な1つの概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of one of a plurality of electrodes used as source and drain electrode structures in the structure of FIG. 2A-2U, according to another embodiment of the present disclosure. 図4A及び4A1は、本開示に従った半導体構造を形成する際に使用される低温アニールプロセスを理解するのに有用な一対の概略断面図である。4A and 4A1 are a pair of schematic cross-sectional views useful for understanding the low temperature annealing process used in forming semiconductor structures according to the present disclosure. 図4A及び4A1は、本開示に従った半導体構造を形成する際に使用される低温アニールプロセスを理解するのに有用な一対の概略断面図である。4A and 4A1 are a pair of schematic cross-sectional views useful for understanding the low temperature annealing process used in forming semiconductor structures according to the present disclosure. 図4B及び4B1は、本開示に従った半導体構造を形成する際に使用される他の低温アニールプロセスを理解するのに有用な一対の概略断面図である。4B and 4B1 are a pair of schematic cross-sectional views useful for understanding other low temperature annealing processes used in forming semiconductor structures according to the present disclosure. 図4B及び4B1は、本開示に従った半導体構造を形成する際に使用される他の低温アニールプロセスを理解するのに有用な一対の概略断面図である。4B and 4B1 are a pair of schematic cross-sectional views useful for understanding other low temperature annealing processes used in forming semiconductor structures according to the present disclosure. 図5A-5Cは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。5A-5C are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 本開示の他の一実施形態に従った半導体構造の概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図5A-5Cは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。5A-5C are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図5Bにおいて矢印5B’-5B’で囲んだ部分の図5Bの拡大部分を示す概略断面図である。5B is a schematic cross-sectional view showing an enlarged portion of FIG. 5B of a portion surrounded by arrows 5B'-5B' in FIG. 5B. 図5A-5Cは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。5A-5C are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図6A-6Dは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。6A-6D are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図6A-6Dは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。6A-6D are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図6A-6Dは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。6A-6D are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図6Cにおいて矢印6C’-6C’で囲んだ部分の図6Cの拡大部分を示す概略断面図である。6C is a schematic cross-sectional view showing an enlarged portion of FIG. 6C of a portion surrounded by arrows 6C'-6C'in FIG. 6C. 図6A-6Dは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。6A-6D are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 本開示の他の一実施形態に従った半導体構造の拡大部分を示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged portion of a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図7A-7Gは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。7A-7G are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図7A-7Gは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。7A-7G are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図7A-7Gは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。7A-7G are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図7A-7Gは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。7A-7G are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図7A-7Gは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。7A-7G are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図7A-7Gは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。7A-7G are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図7A-7Gは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。7A-7G are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図8A-8Hは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。8A-8H are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図8A-8Hは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。8A-8H are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図8A-8Hは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。8A-8H are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図8A-8Hは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。8A-8H are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図8A-8Hは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。8A-8H are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図8A-8Hは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。8A-8H are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図8A-8Hは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。8A-8H are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図8A-8Hは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。8A-8H are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図9A-9Eは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。9A-9E are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図9A-9Eは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。9A-9E are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図9A-9Eは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。9A-9E are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図9A-9Eは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。9A-9E are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図9A-9Eは、本開示の他の一実施形態に従った、半導体構造の製造の様々な段階における概略断面図である。9A-9E are schematic cross-sectional views at various stages of manufacturing a semiconductor structure according to another embodiment of the present disclosure. 図10A-10Gは、本開示に従った、図2A-2Uの半導体構造及びその製造の様々な段階で使用されるゲート電極構造の製造の様々な段階における概略断面図である。10A-10G are schematic cross-sectional views at various stages of manufacture of the semiconductor structure of FIG. 2A-2U and gate electrode structures used at various stages of manufacture thereof, in accordance with the present disclosure. 図10A-10Gは、本開示に従った、図2A-2Uの半導体構造及びその製造の様々な段階で使用されるゲート電極構造の製造の様々な段階における概略断面図である。10A-10G are schematic cross-sectional views at various stages of manufacture of the semiconductor structure of FIG. 2A-2U and gate electrode structures used at various stages of manufacture thereof, in accordance with the present disclosure. 図10A-10Gは、本開示に従った、図2A-2Uの半導体構造及びその製造の様々な段階で使用されるゲート電極構造の製造の様々な段階における概略断面図である。10A-10G are schematic cross-sectional views at various stages of manufacture of the semiconductor structure of FIG. 2A-2U and gate electrode structures used at various stages of manufacture thereof, in accordance with the present disclosure. 図10A-10Gは、本開示に従った、図2A-2Uの半導体構造及びその製造の様々な段階で使用されるゲート電極構造の製造の様々な段階における概略断面図である。10A-10G are schematic cross-sectional views at various stages of manufacture of the semiconductor structure of FIG. 2A-2U and gate electrode structures used at various stages of manufacture thereof, in accordance with the present disclosure. 図10A-10Gは、本開示に従った、図2A-2Uの半導体構造及びその製造の様々な段階で使用されるゲート電極構造の製造の様々な段階における概略断面図である。10A-10G are schematic cross-sectional views at various stages of manufacture of the semiconductor structure of FIG. 2A-2U and gate electrode structures used at various stages of manufacture thereof, in accordance with the present disclosure. 図10A-10Gは、本開示に従った、図2A-2Uの半導体構造及びその製造の様々な段階で使用されるゲート電極構造の製造の様々な段階における概略断面図である。10A-10G are schematic cross-sectional views of the semiconductor structure of FIG. 2A-2U and the gate electrode structures used in the various stages of manufacture according to the present disclosure at various stages of manufacture. 図10A-10Gは、本開示に従った、図2A-2Uの半導体構造及びその製造の様々な段階で使用されるゲート電極構造の製造の様々な段階における概略断面図である。10A-10G are schematic cross-sectional views of the semiconductor structure of FIG. 2A-2U and the gate electrode structures used in the various stages of manufacture according to the present disclosure at various stages of manufacture. 図11A-11Eは、本開示に従ったHEMT FETを製造するために使用される工程の概略断面図である。11A-11E is a schematic cross-sectional view of a process used to manufacture a HEMT FET according to the present disclosure. 図11A-11Eは、本開示に従ったHEMT FETを製造するために使用される工程の概略断面図である。11A-11E is a schematic cross-sectional view of a process used to manufacture a HEMT FET according to the present disclosure. 図11A-11Eは、本開示に従ったHEMT FETを製造するために使用される工程の概略断面図である。11A-11E is a schematic cross-sectional view of a process used to manufacture a HEMT FET according to the present disclosure. 図11A-11Eは、本開示に従ったHEMT FETを製造するために使用される工程の概略断面図である。11A-11E is a schematic cross-sectional view of a process used to manufacture a HEMT FET according to the present disclosure. 図11A-11Eは、本開示に従ったHEMT FETを製造するために使用される工程の概略断面図である。11A-11E is a schematic cross-sectional view of a process used to manufacture a HEMT FET according to the present disclosure. 図12A-12Cは、本開示の他の一実施形態に従ったHEMT FETを製造するために使用される工程の概略断面図である。12A-12C are schematic cross-sectional views of a process used to manufacture a HEMT FET according to another embodiment of the present disclosure. 図12A-12Cは、本開示の他の一実施形態に従ったHEMT FETを製造するために使用される工程の概略断面図である。12A-12C are schematic cross-sectional views of a process used to manufacture a HEMT FET according to another embodiment of the present disclosure. 図12A-12Cは、本開示の他の一実施形態に従ったHEMT FETを製造するために使用される工程の概略断面図である。12A-12C are schematic cross-sectional views of a process used to manufacture a HEMT FET according to another embodiment of the present disclosure. 図13A-13Cは、本開示の更なる他の一実施形態に従ったHEMT FETを製造するために使用される工程の概略断面図である。13A-13C are schematic cross-sectional views of a process used to manufacture a HEMT FET according to yet another embodiment of the present disclosure. 図13A-13Cは、本開示の更なる他の一実施形態に従ったHEMT FETを製造するために使用される工程の概略断面図である。13A-13C are schematic cross-sectional views of a process used to manufacture a HEMT FET according to yet another embodiment of the present disclosure. 図13A-13Cは、本開示の更なる他の一実施形態に従ったHEMT FETを製造するために使用される工程の概略断面図である。13A-13C are schematic cross-sectional views of a process used to manufacture a HEMT FET according to yet another embodiment of the present disclosure. 図14A-14Kは、本開示の更なる他の一実施形態に従ったMISFETを製造するために使用される工程の概略断面図である。14A-14K are schematic cross-sectional views of a process used to manufacture a MISFET according to yet another embodiment of the present disclosure. 図14A-14Kは、本開示の更なる他の一実施形態に従ったMISFETを製造するために使用される工程の概略断面図である。14A-14K are schematic cross-sectional views of a process used to manufacture a MISFET according to yet another embodiment of the present disclosure. 図14A-14Kは、本開示の更なる他の一実施形態に従ったMISFETを製造するために使用される工程の概略断面図である。14A-14K are schematic cross-sectional views of a process used to manufacture a MISFET according to yet another embodiment of the present disclosure. 図14A-14Kは、本開示の更なる他の一実施形態に従ったMISFETを製造するために使用される工程の概略断面図である。14A-14K are schematic cross-sectional views of a process used to manufacture a MISFET according to yet another embodiment of the present disclosure. 図14A-14Kは、本開示の更なる他の一実施形態に従ったMISFETを製造するために使用される工程の概略断面図である。14A-14K are schematic cross-sectional views of a process used to manufacture a MISFET according to yet another embodiment of the present disclosure. 図14A-14Kは、本開示の更なる他の一実施形態に従ったMISFETを製造するために使用される工程の概略断面図である。14A-14K are schematic cross-sectional views of a process used to manufacture a MISFET according to yet another embodiment of the present disclosure. 図14A-14Kは、本開示の更なる他の一実施形態に従ったMISFETを製造するために使用される工程の概略断面図である。14A-14K are schematic cross-sectional views of a process used to manufacture a MISFET according to yet another embodiment of the present disclosure. 図14A-14Kは、本開示の更なる他の一実施形態に従ったMISFETを製造するために使用される工程の概略断面図である。14A-14K are schematic cross-sectional views of a process used to manufacture a MISFET according to yet another embodiment of the present disclosure. 図14A-14Kは、本開示の更なる他の一実施形態に従ったMISFETを製造するために使用される工程の概略断面図である。14A-14K are schematic cross-sectional views of a process used to manufacture a MISFET according to yet another embodiment of the present disclosure. 図14A-14Kは、本開示の更なる他の一実施形態に従ったMISFETを製造するために使用される工程の概略断面図である。14A-14K are schematic cross-sectional views of a process used to manufacture a MISFET according to yet another embodiment of the present disclosure. 図14A-14Kは、本開示の更なる他の一実施形態に従ったMISFETを製造するために使用される工程の概略断面図である。14A-14K are schematic cross-sectional views of a process used to manufacture a MISFET according to yet another embodiment of the present disclosure.

様々な図中の似通った参照符号は同様の要素を指し示している。 Similar reference symbols in various figures point to similar elements.

次いで、図1A及び1Bを参照するに、ここではHEMTであるマルチゲート電界効果トランジスタ(FET)12が中に形成された半導体構造10が示されている。FET12は、図1Aに示すように、金フリーの(すなわち、金を含まない)ゲートパッド16に相互接続された、ここでは例えば4つの、複数の金フリーのフィンガー状のゲート電極コンタクト構造14-14と、金フリーのドレインパッド20に相互接続された、ここでは例えば2つの、複数の金フリーのフィンガー状ドレイン電極構造18-18と、金フリーの導電インターコネクト構造24によって相互接続された、ここでは例えば3つの、複数の金フリーのソース電極構造22-22とを含んでいる。理解されるべきことには、ゲート電極構造14-14、ソース電極構造22-22、及びドレイン電極構造18-18の数は、示されるものよりも多数(又は少数)であってもよい。いずれにしても、ゲート電極構造14-14の各々が、ドレイン電極構造18-18のうちの対応する1つと、ソース電極構造22-22のうちの対応する1つとの間に配置されて、ドレイン電極構造18-18のうちの上記対応する1つと、ソース電極構造22-22のうちの上記対応する1つとの間での半導体構造10内のキャリアの流れを制御する。また、図示のように、2つのパッド26、26が設けられ、導電インターコネクト構造24の両端に接続されている。これらのパッド26、26は、それぞれ、半導体構造10を通り抜ける導電ビア30、30によって、半導体構造10の底面を覆って形成された導電層28に接続されている。図2A-2Tに関して更に詳細に説明するように、構造10の前面側又は頂面側が、マルチゲートFET12を形成するようにシリコンファウンドリにて処理される。 Next, with reference to FIGS. 1A and 1B, a semiconductor structure 10 in which a HEMT multi-gate field effect transistor (FET) 12 is formed is shown. The FET 12 is interconnected to a gold-free (ie, gold-free) gate pad 16, as shown in FIG. 1A, where, for example, four, a plurality of gold-free finger-shaped gate electrode contact structures 14 1 . -144 and interconnected by, for example, two , a plurality of gold-free finger-shaped drain electrode structures 18 1-182 and a gold-free conductive interconnect structure 24 interconnected to a gold-free drain pad 20. These include, for example, three , a plurality of gold-free source electrode structures 22 1-223 . It should be understood that the number of gate electrode structures 14 1-14 4 , source electrode structures 22 1-22 3 , and drain electrode structures 18 1-18 2 is greater (or smaller) than shown. There may be. In any case, each of the gate electrode structures 14 1-144 is between the corresponding one of the drain electrode structures 18 1-182 and the corresponding one of the source electrode structures 22 1-22 3 . The flow of carriers in the semiconductor structure 10 between the corresponding one of the drain electrode structures 18 1-18 2 and the corresponding one of the source electrode structures 22 1-22 3 arranged in To control. Further, as shown in the figure, two pads 26 1 and 262 are provided and connected to both ends of the conductive interconnect structure 24. These pads 26 1 and 26 2 are connected to the conductive layer 28 formed so as to cover the bottom surface of the semiconductor structure 10 by conductive vias 30 1 and 302 passing through the semiconductor structure 10, respectively. As will be described in more detail with respect to FIG. 2A-2T, the front surface side or the top surface side of the structure 10 is processed by a silicon foundry so as to form the multi-gate FET 12.

より具体的には、図2Aを参照するに、半導体構造10が、より詳細に、ここでは例えばシリコン(Si)、炭化シリコン(SiC)、又はシリコン・オン・インシュレータ(SOI)である基板32を含むように示されている。基板32の上部上にIII族-N半導体層34の層があり、ここでは例えば、基板32の上面を覆っておよそ1-5ミクロンの厚さを有し、そして、III族-N半導体層34の上面上に、ここでは例えばおよそ5-30nmの厚さを有する窒化アルミニウムガリウム(AlGa1-xN、ただし、xは0<x≦1)である第2のIII族-N半導体層36が続いている。理解されるべきことには、層34はここではGaNバッファ構造であり、これはまた、図示していない核形成層及び歪み緩和層を含み、典型的に、窒化アルミニウム(AlN)及び窒化アルミニウムガリウム(AlGa1-xN、ただし、xは0<x≦1)である。図1Aに示すメサ構造を形成するよう、従来からのシリコン(Si)ファウンドリ適合サブトラクティブパターニング(リソグラフィ及びエッチング)技術を用いて、III族-N半導体層34及びIII族-N半導体層36の一部が除去される。なお、しかしながら、図1Aにおいてエッチングされたメサ構造によって提供されている電気的分離(アイソレーション)は、同じ被マスク層の(エッチングの代わりに)イオン注入(ここでは例えば窒素)によって提供されてもよい。これはプレーナ構造をもたらすことになる。後述するように、構造10は、上で図1A及び1Bにて示したマルチゲートFET12を形成するように処理される。なお、フィンガー状のゲート電極構造14-14、ドレイン電極構造18-18、及びソース電極構造22-22はメサ11上にあるが、ゲートパッド16、ドレインパッド20、及び2つのパッド26、26はメサ11から外れている。 More specifically, with reference to FIG. 2A, a substrate 32 in which the semiconductor structure 10 is, in more detail, here, for example, silicon (Si), silicon carbide (SiC), or silicon on insulator (SOI). Shown to include. On top of the substrate 32 is a layer of group III-N semiconductor layer 34, which here, for example, covers the top surface of the substrate 32 and has a thickness of approximately 1-5 microns and is a group III-N semiconductor layer 34. A second group III-N semiconductor layer, here, for example, aluminum gallium nitride (Al x Ga 1-x N, where x is 0 <x ≦ 1) having a thickness of approximately 5-30 nm. 36 continues. It should be understood that layer 34 is here a GaN buffer structure, which also includes cambium and strain relief layers not shown, typically aluminum nitride (AlN) and aluminum gallium nitride. (Al x Ga 1-x N, where x is 0 <x ≦ 1). One of the group III-N semiconductor layer 34 and the group III-N semiconductor layer 36 using the conventional silicon (Si) foundry-compatible subtractive patterning (lithography and etching) technique so as to form the mesa structure shown in FIG. 1A. The part is removed. It should be noted, however, that the electrical isolation provided by the etched mesa structure in FIG. 1A may be provided by ion implantation (here, eg nitrogen) of the same masked layer (instead of etching). good. This will result in a planar structure. As will be described later, the structure 10 is processed to form the multi-gate FET 12 shown in FIGS. 1A and 1B above. The finger-shaped gate electrode structure 14 1-144 , the drain electrode structure 18 1-182 , and the source electrode structure 22 1-22 3 are located on the mesa 11, but the gate pad 16, the drain pad 20, and 2 are located on the mesa 11. The two pads 26 1 and 26 2 are out of the mesa 11.

次に図2Bを参照するに、図2Aに示した構造の前面側又は頂面側が、ここでは例えば窒化シリコンSiNであるパッシベーション層38で被覆される。図2Cに示すように、層38の選択された部分を貫く窓又は開口40-40を形成するように、従来からのシリコン(Si)ファウンドリ適合サブトラクティブパターニング(リソグラフィ及びエッチング)技術を用いて層38が処理され、それにより、パッド26、26、ゲートパッド16及びドレインパッド20(図1A及び1B)が形成されることになるところで、窓40及び40が、下に位置するGaN層34の表面部分を露出させるとともに、ソース電極構造22-22及びドレイン電極構造18-18(図1A及び1B)が形成されることになるところで、窓40-40が、下に位置するAlGaN層36の部分を露出させる。 Next, referring to FIG. 2B, the front surface side or the top surface side of the structure shown in FIG. 2A is covered with a passivation layer 38, for example, silicon nitride SiN x . As shown in FIG. 2C, conventional silicon (Si) foundry - adapted subtractive patterning (lithographic and etching) techniques are used to form windows or openings 401-407 that penetrate selected portions of layer 38. Windows 40 1 and 407 are located below where the layers 38 are processed, thereby forming pads 26 1 , 262 , gate pads 16 and drain pads 20 (FIGS. 1A and 1B). Window 40 2-40 6 where the surface portion of the GaN layer 34 to be formed is exposed and the source electrode structure 22 1-22 3 and the drain electrode structure 18 1-18 2 (FIGS. 1A and 1B) are formed. However, the portion of the AlGaN layer 36 located below is exposed.

次に図2Dを参照するに、電気コンタクト構造42-42は構成において同じであり、ここでは電気コンタクト構造42であるそのうちの例示的な1つを、以下の(A)-(C)を含むように、より詳細に図3Bに示す。(A)チタン(Ti)又はタンタル(Ta)の底部層42aと、層42a上の例えばアルミニウム又はSiドープトアルミニウム(Al1-xSi)(ただし、Siドーピングのxは典型的に≦0.05)の層42bと、例えばタンタル(Ta)又は金属窒化物(ここでは例えば窒化チタン(TiN))である層42c、(B)オーミックコンタクト構造42OC上に配置された、ここでは例えばニッケル又はモリブデン又は白金である金フリーの導電性エッチング停止層42ES、及び(C)図2Kに関連して説明するここでは銅ダマシン電極コンタクトである金フリーの電極コンタクト。なお、エッチング停止層は、特定のエッチャントに対して、そのエッチャントがエッチング停止層に達する前にエッチングされる材料をエッチングする速度よりも半分未満(≦1/2)の速度でエッチングされる。層42a、42b、42c及び42ESは、図2Cに示した構造の表面の上に及び開口40-40を通って配置される。なお、電気コンタクト構造42及び42は、2つのパッド26、26(図1B)の上に配置されてそれらに電気的に接続され、電気コンタクト構造42、42、及び42は、ソース電極構造22-22の上に配置されてそれらに電気的に接続され、電気コンタクト構造42及び42は、ドレイン電極構造18及び18の上に配置されてそれらに電気的に接続され、電気コンタクト構造42及び42は、GaN層34と接触して形成される。堆積の後、従来からのシリコン(Si)ファウンドリ適合サブトラクティブパターニング(リソグラフィ及びエッチング)技術を用いて、オーミックコンタクト構造42OCの層42a、42b及び42cが形成される(具体的には、オーミックコンタクト構造42OCが、塩素系ドライエッチングケミストリを用いてドライエッチングされる)。次いで、後述するアニールプロセス中に、電気コンタクト構造42-42が、ここではAlGaN層であるIII族-N半導体層36とオーミックコンタクトして形成される。ここで、例えば、電気コンタクト構造42-42は、60nmより大きい厚さである。 Next, referring to FIG. 2D, the electrical contact structures 42 1-427 are the same in configuration, and here, an exemplary one of the electrical contact structures 421 is described in (A)-(C) below. ) Is shown in more detail in FIG. 3B. (A) The bottom layer 42a of titanium (Ti) or tantalum (Ta) and, for example, aluminum or Si-doped aluminum (Al 1-x Si x ) on the layer 42a (where x in Si doping is typically ≦ 0). .05) layer 42b and layer 42c which is, for example, tantalum (Ta) or metal nitride (here, eg titanium nitride (TiN)), (B) ohmic contact structure 42 placed on OC , here eg nickel. Alternatively, a gold-free conductive etching stop layer 42 ES which is molybdenum or platinum, and (C) a gold-free electrode contact which is a copper damascene electrode contact described in connection with FIG. 2K. The etching stop layer is etched with respect to a specific etchant at a rate of less than half (≦ 1/2) of the rate at which the material to be etched before the etchant reaches the etching stop layer. Layers 42a, 42b, 42c and 42 ES are placed on the surface of the structure shown in FIG. 2C and through openings 401-407 . It should be noted that the electrical contact structures 42 1 and 427 are placed on and electrically connected to the two pads 26 1 , 262 (FIG. 1B), and the electrical contact structures 42 2 , 424 , and 426 Are placed on the source electrode structures 22 1-22 3 and electrically connected to them, and the electrical contact structures 42 3 and 425 are placed on the drain electrode structures 18 1 and 18 2 and are placed on them. Electrically connected, the electrical contact structures 42 1 and 427 are formed in contact with the GaN layer 34. After deposition, layers 42a, 42b and 42c of ohmic contact structure 42 OC are formed (specifically, ohmic contacts) using conventional silicon (Si) foundry compatible subtractive patterning (lithography and etching) techniques. Structure 42 OC is dry-etched using a chlorine-based dry etching chemistry). Next, during the annealing process described later, the electrical contact structure 422-426 is formed by ohmic contact with the group III - N semiconductor layer 36, which is an AlGaN layer here. Here, for example, the electrical contact structure 421-427 has a thickness larger than 60 nm.

より具体的には、オーミックコンタクト構造42OCの各々は、トリメタルスタックであり、(a)Ti又はTaの底部層42a(これは、層42aを堆積させるのに先立って、層36の中まで塩素プラズマ系ドライエッチングによって、構造42-42に関して(図2D1(FIG.2D’)に示すように)III族-N半導体層36の上面部分内にリセス化されてもよい)と、(b)ここでは例えばアルミニウム又はSiドープトアルミニウムAl1-xSi層42b(ただし、xは1未満であり、ここではxは典型的に≦0.05)であるアルミニウムベースの層42bと、(c)アルミニウムベースの層42b上の例えばタンタル又は金属窒化物(ここでは例えば窒化チタン(TiN))の層42cである頂部メタル層42cとを含んでいる。層42a及び層42cの典型的な厚さは5-30nmであり、一方、層42bは、オーミックコンタクト三層構造42OCスタック用に選択されるメタル層に応じて50-350nmの範囲とし得る。 More specifically, each of the ohmic contact structures 42 OCs is a trimetal stack, (a) into the bottom layer 42a of Ti or Ta, which precedes the deposition of layer 42a, into layer 36. With respect to the structure 422-426 (may be recessed in the upper surface portion of the Group III - N semiconductor layer 36) by chlorine plasma dry etching (as shown in FIG. 2D1 (FIG. 2D')), (. b) Here, for example, an aluminum-based layer 42b of aluminum or Si-doped aluminum Al 1-x Si x layer 42b (where x is less than 1 and here x is typically ≦ 0.05). (C) Includes, for example, a top metal layer 42c, which is a layer 42c of, for example, tantalum or metal nitride (here, eg titanium nitride (TiN)) on the aluminum-based layer 42b. The typical thickness of layers 42a and 42c is 5-30 nm, while layer 42b can range from 50-350 nm depending on the metal layer selected for the ohmic contact three-layer structure 42 OC stack.

より具体的には、最適なコンタクト形態を維持するため、及び汚染制御のため、半導体オーミックコンタクトを形成するためのオーミックコンタクト構造42OCのアニールは、アルミニウムの融点未満(≦660℃)に保たれる。このような低温アニールは典型的に、定常状態の温度において窒素雰囲気中で5分より長く(≧5分)かかる。より具体的には、ここでは例えばTi又はTa層42aである金属-半導体オーミックコンタクト構造42OCの第1の金属要素が、ここでは例えばAlGa1-xN層36であるIII族-N表面上に直に堆積され、又はそれと接触して配置され、そして、オーミックコンタクト構造42OCのオーミックコンタクト形成アニール(ここではオーミックアニールとしても参照する)中の周囲温度から定常状態への温度ランプの間に、III族-N材料界面層36内のV族元素である窒素と反応することによって、金属窒化物を形成する。なお、温度ランプは、線形温度ランプが使用されるとき典型的に≦15℃/秒であるが、金属窒化物の形成においてIII族-N表面層36との第1の金属層42aの相互作用を最適化するために、段階的温度ランププロファイル及び混合段階及び線形ランププロファイルも全て使用され得るものである。次に、≧5分にわたる≦660℃での定常状態アニールプロセス中に、ここでは例えばアルミニウム層42bである第2のいっそう低抵抗の金属が、第1の金属(ここでは層42a)、形成された金属窒化物、及びIII族-N材料(ここでは層36)の表面の中に拡散して、非常に低抵抗のオーミックコンタクトをもたらす。最後に、オーミックコンタクトを形成する金属-半導体オーミックコンタクト構造42OCのここでは層42a及び42bである第1及び第2の金属と、III族-N材料層36との間での、≦660℃の温度での相互作用の量を最大にするために、これら2つの層(ここでは層42a及び42b)の上にこれら2つの層のうちの上側の層(ここでは層42b)と接触して配置された第3の金属層(金属窒化物又は金属、ここでは層42c)との混ざり合いを防止する必要がある。 More specifically, in order to maintain the optimum contact morphology and to control contamination, the annealing of the ohmic contact structure 42 OC for forming the semiconductor ohmic contact was kept below the melting point of aluminum (≦ 660 ° C.). Is done. Such cold annealing typically takes longer than 5 minutes (≧ 5 minutes) in a nitrogen atmosphere at steady-state temperatures. More specifically, here, the first metal element of the metal-semiconductor ohmic contact structure 42 OC , for example Ti or Ta layer 42a, is here, for example, Group III-N, which is, for example, Al x Ga 1-x N layer 36. Of the temperature lamp from ambient temperature to steady state during ohmic contact forming annealing (also referred to here as ohmic annealing) of ohmic contact structure 42 OC , deposited directly on the surface or placed in contact with it. In the meantime, a metal nitride is formed by reacting with nitrogen, which is a group V element in the group III-N material interface layer 36. The temperature lamp is typically ≤15 ° C./sec when a linear temperature lamp is used, but the interaction of the first metal layer 42a with the Group III-N surface layer 36 in the formation of metal nitrides. A stepwise temperature lamp profile and a mixing step and linear lamp profile can all be used to optimize. Next, during the steady-state annealing process at ≦ 660 ° C. over ≧ 5 minutes, a second lower resistance metal, here eg aluminum layer 42b, is formed, here the first metal (here layer 42a). It diffuses into the surface of the metal nitride and the group III-N material (here layer 36), resulting in very low resistance ohmic contacts. Finally, ≦ 660 ° C. between the first and second metals, here layers 42a and 42b, of the metal-semiconductor ohmic contact structure 42 OC forming the ohmic contact and the group III-N material layer 36. In contact with the upper layer of these two layers (here layers 42b) on top of these two layers (here layers 42a and 42b) in order to maximize the amount of interaction at the temperature of It is necessary to prevent mixing with the arranged third metal layer (metal nitride or metal, in this case layer 42c).

オーミックコンタクト構造42OCの最初の2つの層(ここでは層42a及び42b)と第3の層(ここでは層42c)との混ざり合いの防止は、いくつかの手法で達成されることができる。第1に、それは、第1及び第2の金属(層42a及び42b)の二層スタックとしてオーミックコンタクト構造42OCを堆積させて該オーミックコンタクト構造42OCをアニールし、その後、第3の金属(ここでは層42c)の堆積に先立って、酸化された界面を除去する(酸化された界面のドライエッチング、ウェットエッチング、又はインサイチュドライスパッタ除去による)ことによって達成され得る。第2に、オーミックコンタクト構造42OCの3つ全ての金属層42a、42b及び42cがオーミックコンタクト構造42OCのオーミックアニールに先立って堆積されるときには、以下の2つの方法のうちの1つを用いて、オーミックコンタクト構造42OCとIII族-N半導体層36との間に低温(≦660℃)オーミックコンタクトを形成し得る。第1の方法では、図4Aを参照するに、オーミックコンタクト構造42OCの金属窒化物層(例えばTiN又はTaNなど、ここでは層42c)が、第2のアルミニウム層(42b)と接触して配置され、≦660℃でのアニール中に層42bと混ざり合いに耐え、金属層42aが、III族-N層36及び金属層42bと合金化されて、図4A1(FIG.4A’)に示すように、層42aとIII族-N層36との間に金属窒化物中間層a(ILa)が形成されて(なお、アニール後に層42aのいくらかの未合金化部分Un-Lが存在してもよく、金属窒化物中間層は不連続であってもよい)、ポストアニールオーミックコンタクト構造42OCを形成する。第2の方法では(図4Bを参照するに)、オーミックコンタクト構造42OC堆積プロセス中又はオーミックコンタクト構造42OCのオーミックアニール中に堆積装置及び/又はアニール装置の中で使用されるガス中に存在するか又は該装置中に意図的に導入されるかのいずれかである酸素との反応によって、薄い(~1-10nm厚)部分的に酸化された第2の金属(ここではアルミニウム層42b)若しくは第3の金属(ここではTa、TiN、又はTaN層42c)又はこれらの組み合わせである中間層b(ILb)が形成される。この部分的に酸化された金属中間層ILbは、図4B1(FIG.4B’)に示すように、第2の金属層(ここではアルミニウム層42b)と第3の金属又は金属窒化物層(ここではTa、TiN、又はTaN層42c)との間に形成され、又は、≦660℃でのアニール中に混ざり合いに耐える第2のアルミニウム層(42b)と接触して形成され、ポストアニールオーミックコンタクト構造42OC’を形成する。別の言い方をすれば、第2の方法(図4B及び図4B1)では、金属堆積プロセス中及び/又はアニールプロセス中の酸化物中間層ILbの形成によって、アニール中に第3の金属層42c(金属窒化物又は金属)が層42bと混ざり合うことが防止され、この酸化物中間層ILbは、層42bと層42cとの間に形成され、また、金属層42aが、III族-N層36及び金属層42bと合金化されて、層42aとIII族-N層36との間に金属窒化物中間層ILaが形成される(なお、アニール後に層42aのいくらかの未合金化部分Un-Lが存在してもよい)。従って、一実施形態(図4B及び4B1)においては、電気コンタクト構造メタル堆積プロセス及び/又はオーミックアニールプロセス中に、オーミックコンタクト構造42OCの第2の金属と第3の金属との間に、部分的に酸化された中間層ILbを形成することによって、混ざり合いが防止される。第1の方法(図4A及び4A1)においては、層42cとして金属又は金属窒化物層を形成することによって、混ざり合いが防止される。 Prevention of mixing of the first two layers of the ohmic contact structure 42 OC (here layers 42a and 42b) and the third layer (here layers 42c) can be achieved by several methods. First, it deposits the ohmic contact structure 42 OC as a two-layer stack of the first and second metals (layers 42a and 42b) to anneal the ohmic contact structure 42 OC , and then the third metal (layers 42a and 42b). Here it can be achieved by removing the oxidized interface (by dry etching, wet etching, or in-situ dry sputtering removal of the oxidized interface) prior to the deposition of layer 42c). Second, when all three metal layers 42a, 42b and 42c of the ohmic contact structure 42 OC are deposited prior to the ohmic annealing of the ohmic contact structure 42 OC , one of the following two methods is used. Therefore, a low temperature (≦ 660 ° C.) ohmic contact can be formed between the ohmic contact structure 42 OC and the group III −N semiconductor layer 36. In the first method, with reference to FIG. 4A, the metal nitride layer of the ohmic contact structure 42 OC (eg TiN or TaN, here layer 42c) is placed in contact with the second aluminum layer (42b). And withstood mixing with the layer 42b during annealing at ≦ 660 ° C., the metal layer 42a is alloyed with the Group III-N layer 36 and the metal layer 42b, as shown in FIG. 4A1 (FIG. 4A'). A metal nitride intermediate layer a (ILa) is formed between the layer 42a and the group III-N layer 36 (even if some unalloyed portion Un-L of the layer 42a is present after annealing). Well, the metal nitride intermediate layer may be discontinuous), forming a post-annealed ohmic contact structure 42 OC . In the second method (see FIG. 4B), it is present in the gas used in the deposition and / or annealing equipment during the ohmic contact structure 42 OC deposition process or during the ohmic annealing of the ohmic contact structure 42 OC . A thin (~ 1-10 nm thick) partially oxidized second metal (here aluminum layer 42b) by reaction with oxygen, which is either done or intentionally introduced into the device. Alternatively, a third metal (here, Ta, TiN, or TaN layer 42c) or an intermediate layer b (ILb) which is a combination thereof is formed. This partially oxidized metal intermediate layer ILb includes a second metal layer (here, an aluminum layer 42b) and a third metal or metal nitride layer (here, as shown in FIG. 4B1 (FIG. 4B'). The post-annealed ohmic contact is formed between the Ta, TiN, or TaN layer 42c) or in contact with the second aluminum layer (42b) that withstands mixing during annealing at ≦ 660 ° C. Structure 42 OC'is formed. In other words, in the second method (FIGS. 4B and 4B1), the formation of the oxide intermediate layer ILb during the metal deposition process and / or the annealing process results in the formation of the third metal layer 42c (FIG. 4B and FIG. 4B1) during annealing. The metal nitride or metal) is prevented from mixing with the layer 42b, the oxide intermediate layer ILb is formed between the layer 42b and the layer 42c, and the metal layer 42a is a group III-N layer 36. And alloyed with the metal layer 42b to form a metal nitride intermediate layer ILA between the layer 42a and the Group III-N layer 36 (note that some unalloyed moieties Un-L of the layer 42a after annealing). May exist). Therefore, in one embodiment (FIGS. 4B and 4B1), during the electrical contact structure metal deposition process and / or the ohmic annealing process, a portion of the ohmic contact structure 42 OC is located between the second metal and the third metal. By forming the intermediate layer ILb that has been oxidatively oxidized, mixing is prevented. In the first method (FIGS. 4A and 4A1), mixing is prevented by forming a metal or metal nitride layer as the layer 42c.

上述のように、オーミックコンタクト構造に少量のシリコンドーパントを添加することによって、金属-半導体オーミックコンタクト抵抗の更なる最適化も達成され得る。シリコンは、例えば電子線蒸着及びスパッタリングなどの複数の方法によって付与され得る。シリコンは、(シリコンスパッタリングターゲットのスパッタリングによって、又は電子線蒸着によって)オーミックコンタクト構造42OC内の別個の層として付与されてもよいし、あるいは、複数の純粋ターゲット(ここでは例えばシリコン及びアルミニウム)を同時スパッタリングすることによって、又はSiドープされたターゲットをスパッタリングすることによって、シリコンを別の層の中に混ぜることによって付与されてもよい(ここでは例えばSiドープされたアルミニウムであるAl1-xSi層42b、ただし、Siドーピングのxは典型的に≦0.05)。 As mentioned above, further optimization of the metal-semiconductor ohmic contact resistance can be achieved by adding a small amount of silicon dopant to the ohmic contact structure. Silicon can be applied by multiple methods, such as electron beam deposition and sputtering. Silicon may be applied as a separate layer within the ohmic contact structure 42 OC (either by sputtering a silicon sputtering target or by electron beam deposition), or multiple pure targets (here, eg silicon and aluminum). It may be imparted by mixing silicon into another layer by simultaneous sputtering or by sputtering a Si-doped target (here, eg Si-doped aluminum, Al 1-x Si). x layer 42b, where x for Si doping is typically ≦ 0.05).

従って、低温でのオーミックコンタクト形成アニールは、以下のようにまとめることができ、すなわち、周囲温度から定常状態アニール温度へのアニールプロセスの温度ランプ段階中に、ここでは層42aであるオーミックコンタクト構造42OCの第1の金属と金属窒化物を形成し、ここでは層42bである電気コンタクト構造の第2の金属が、第1の金属の中へ、そして、ここでは層36であるIII族-N半導体層の上面へと拡散して、III族-N層36とオーミックコンタクト構造42OCとの界面に形成されるオーミックコンタクトの抵抗を下げ、そして、III族-N半導体層36と接触した第1の金属、及びオーミックコンタクト層の第2の金属42bが、オーミックアニールプロセス中にオーミックコンタクト層の第3の金属(又は金属窒化物)42cと混ざり合うのが防止され、そして、第1の金属及び第2の金属及び第3の金属(金属窒化物又は金属)は、オーミックコンタクト形成アニールプロセスの間、それらの融点未満に維持される。最初の2つの金属(層42a及び42b)の第3の金属(層42c)との混ざり合いの防止は、最初の2つの金属の、III族-N界面との、低温での相互作用を間接的に促進させ、それによって、より低いコンタクト抵抗を支援する。上述のアニールプロセスの後、図3Bに示すように、ここでは例えばニッケル、モリブデン又は白金である導電性のエッチング停止層42ESが、層42c上に配置される。 Therefore, the ohmic contact forming annealing at low temperature can be summarized as follows, i.e., during the temperature ramp step of the annealing process from ambient temperature to steady state annealing temperature, ohmic contact structure 42, here layer 42a. The first metal of the OC forms a metal nitride, where the second metal of the electrical contact structure, which is layer 42b, is into the first metal, and here is layer 36, Group III-N. First, which diffuses to the upper surface of the semiconductor layer to reduce the resistance of the ohmic contact formed at the interface between the group III-N layer 36 and the ohmic contact structure 42 OC , and is in contact with the group III-N semiconductor layer 36. And the second metal 42b of the ohmic contact layer are prevented from mixing with the third metal (or metal nitride) 42c of the ohmic contact layer during the ohmic annealing process, and the first metal and The second metal and the third metal (metal nitride or metal) are maintained below their melting point during the ohmic contact forming annealing process. Prevention of mixing of the first two metals (layers 42a and 42b) with a third metal (layers 42c) indirectly indirect the low temperature interaction of the first two metals with the Group III-N interface. Promotes, thereby supporting lower contact resistance. After the annealing process described above, as shown in FIG. 3B, here a conductive etching stop layer 42 ES , for example nickel, molybdenum or platinum, is placed on the layer 42c.

次に図2Eを参照するに、図2Dに示した構造の表面が、図示のように、ここでもSiNである誘電体層44で被覆される。 Next, referring to FIG. 2E, the surface of the structure shown in FIG. 2D is coated with the dielectric layer 44, which is also SiN x , as shown in the figure.

次に図2Fを参照するに、フィンガー状ゲート電極構造14-14(図1A及び1B)が(この実施形態では、ここではAlGaN層であるIII族-N半導体層36とショットキーコンタクトして)形成されることになるIII族-N半導体層36の部分を露出させるように、従来からのシリコン(Si)ファウンドリ適合リソグラフィ及びエッチング処理技術を用いて、層44内に開口又は窓46が形成される。 Next, referring to FIG. 2F, the finger-shaped gate electrode structure 14 1-144 (FIGS. 1A and 1B) (in this embodiment, shot key contact with the group III-N semiconductor layer 36, which is an AlGaN layer here). In order to expose the portion of the group III-N semiconductor layer 36 that will be formed, an opening or window 46 is formed in the layer 44 using conventional silicon (Si) foundry conforming lithography and etching processing techniques. It is formed.

次に図2Gを参照するに、シリコン(Si)ファウンドリ適合リソグラフィ及びエッチングプロセスを用いて、図3Aにて更に詳細に説明するフィンガー状ゲート電極構造14-14(図1A及び1B)が、図示のように、開口又は窓46を通して形成される。より具体的には、ゲート電極構造14-14の各々は構成において同じであり、ここではゲート電極構造14であるそのうちの例示的な1つを、以下の(A)及び(B)を含むように、より詳細に図3Aに示す。(A)ここでは、AlGaN半導体層36とショットキーコンタクトした、例えばニッケル(Ni)、窒化チタン(TiN)、ニッケル/窒化タンタル(Ni/TaN)、ニッケル/タンタル(Ni/Ta)、ニッケル/タンタル/窒化タンタル(Ni/Ta/TaN)、ニッケル/モリブデン(Ni/Mo)、窒化チタン/タングステン(TiN/W)、又はドープトシリサイドである単一の材料又は複数の材料であるゲートメタル層14aを有するゲート電気コンタクト構造14GC、及び(B)図2Kに関連して後述するここでは銅ダマシン電極コンタクトである金フリーの電極コンタクト。従来からのシリコン(Si)ファウンドリ適合サブトラクティブパターニング技術を用いて形成されるゲートメタル層14aは、ここでは、III族-N半導体層36とショットキーコンタクトを形成するショットキーコンタクトメタルである。なお、ゲート電気コンタクト構造14GCは、メタル絶縁ゲートHEMT(MISHEMT)を形成するように、図3Aに示すように、ゲートメタル層14aとIII族-N半導体層36との間に配置された、例えば酸化アルミニウム(Al)である薄い(典型的に、~2-10nm)誘電体層14bを有していてもよい。なお、ゲートメタル層14aは、図示のようにT字形であってもよいし、あるいは、隣接するドレイン電極構造の方を向いたオーバーハング部15を有するフィールドプレート構造を形成するよう、図3A1(FIG.3A’)に示すようにガンマ形(Γ形)であってもよい。 Next, with reference to FIG. 2G, a finger-shaped gate electrode structure 14 1-144 (FIGS. 1A and 1B), which will be described in more detail in FIG. 3A, using a silicon (Si) foundry conforming lithography and etching process. As shown, it is formed through an opening or window 46. More specifically, each of the gate electrode structures 14 1-144 is the same in the configuration, and here, an exemplary one of the gate electrode structures 141 is described in (A) and (B) below. Is shown in more detail in FIG. 3A so as to include. (A) Here, for example, nickel (Ni), titanium nitride (TiN), nickel / tantalum nitride (Ni / TaN), nickel / tantalum (Ni / Ta), nickel / tantalum, which are in shotkey contact with the AlGaN semiconductor layer 36. / Gate metal layer 14a which is a single material or multiple materials such as tantalum nitride (Ni / Ta / TaN), nickel / molybdenum (Ni / Mo), titanium nitride / tungsten (TiN / W), or doped silicide. A gate electrical contact structure having 14 GC , and (B) a gold-free electrode contact, which will be described later in connection with FIG. 2K, which is here a copper damanium electrode contact. The gate metal layer 14a formed by using the conventional silicon (Si) foundry-compatible subtractive patterning technique is a Schottky contact metal forming a Schottky contact with the group III-N semiconductor layer 36 here. The gate electrical contact structure 14 GC is arranged between the gate metal layer 14a and the group III-N semiconductor layer 36 so as to form a metal insulating gate HEMT (MISHEMT), as shown in FIG. 3A. For example, it may have a thin (typically ~ 2-10 nm) dielectric layer 14b which is aluminum oxide (Al 2 O 3 ). The gate metal layer 14a may be T-shaped as shown in the figure, or FIG. 3A1 (FIG. 3A1) so as to form a field plate structure having an overhang portion 15 facing the adjacent drain electrode structure. It may be a gamma type (Γ type) as shown in FIG. 3A').

なお、ショットキーゲートメタル層14aが有する金属又は金属窒化物のドライエッチングは、典型的に、塩素系(例えば、Ni及びTiNをエッチングするため)若しくはフッ素系(例えば、Mo、TiN、W、Ta、及びTaNをエッチングするため)又はこれらの組み合わせ(例えば、TiN、W、Ta、及びTaNをエッチングするため)となる。しかしながら、ショットキーゲートメタル層14aにNiが使用されるとき、揮発性のエッチング副生成物の欠如のためにドライエッチングすることがかなり困難となり得る。従って、ここでは例えば塩素(Cl)とアルゴン(Ar)のガス混合物であるニッケルドライエッチングは、主に物理的なエッチング(スパッタリング)であり、化学的なエッチングではない。主に物理的なドライエッチングは、下に位置する層に対して乏しいエッチング選択性を有するので、ショットキー層14aを含むNiをドライエッチングすることは、一部の状況において(ここでは、例えば、ショットキーゲートメタル層14aのNiの厚さとパッシベーション層38の誘電体の厚さとがほぼ同じであるとき)、パッシベーション層38内への許容できないオーバーエッチングをもたらすことがある。そのような場合には、パッシベーション層38とショットキーゲートメタル層14aのオーバーハング部15との間に、ここでは例えば二酸化シリコン(SiO)である犠牲誘電体層(図示せず)を堆積させる必要があり得る。 The dry etching of the metal or metal nitride contained in the shot key gate metal layer 14a is typically chlorine-based (for example, for etching Ni and TiN) or fluorine-based (for example, Mo, TiN, W, Ta). , And to etch TaN) or a combination thereof (eg, to etch TiN, W, Ta, and TaN). However, when Ni is used in the shotkey gate metal layer 14a, dry etching can be quite difficult due to the lack of volatile etching by-products. Therefore, here, for example, nickel dry etching, which is a gas mixture of chlorine (Cl 2 ) and argon (Ar), is mainly physical etching (sputtering), not chemical etching. Since predominantly physical dry etching has poor etching selectivity for the underlying layer, dry etching Ni, including the Schottky layer 14a, may be used in some situations (here, eg, eg, for example). (When the thickness of Ni in the shot key gate metal layer 14a and the thickness of the dielectric in the passivation layer 38 are approximately the same), it may result in unacceptable overetching into the passivation layer 38. In such a case, a sacrificial dielectric layer (not shown), for example, silicon dioxide (SiO 2 ), is deposited between the passivation layer 38 and the overhang portion 15 of the Schottky gate metal layer 14a. It may be necessary.

Niを有するショットキーゲートメタル層14aをエッチングする別の方法は、存在する場合に頂部メタル(ここでは、例えば、TaN、Ta、Mo、又はこれらの組み合わせ)に対してドライエッチングを使用し、そして、Ni層に対してはウェットエッチング(ここでは、例えば、HF、HPO、HNO若しくはHSO系、又はこれらの組み合わせ)を使用するものである。ショットキーメタル層14aのNiウェットエッチャントの選択は、頂部メタル層(使用される場合、下の図10C-10Gの説明においてのように、底部ショットキーメタル層が14a’になり、頂部ショットキー層が14a”になる)に対して高度に選択的であるようにすることが重要である。さらに、マスクされたショットキーゲートメタル層14aフィーチャの下のニッケルの意図しない除去(ここでは、アンダーカットとしても参照する)は、このプロセスから得られるゲート寸法が再現可能であり且つゲートが意図したように機能するように、最小にされるべきである。結果として、ショットキーメタル層14aによってマスクされるフィーチャサイズの全幅が縮小するにつれて、アンダーカットを最小化するために、ショットキーゲートメタル層14a内のニッケル層の厚さも縮小することになる。ショットキーゲートメタル14aによって画成される1ミクロン未満(≦1μm)のフィーチャサイズの場合、堆積させるショットキーコンタクトゲートメタル層14aのNiの厚さは、ここでは例えば、≦100nmになる見込みである。 Another method of etching the shot key gate metal layer 14a with Ni is to use dry etching on the top metal (here, eg, TaN, Ta, Mo, or a combination thereof) if present, and Wet etching (here, for example, HF, H 3 PO 4 , HNO 3 or H 2 SO 4 system, or a combination thereof) is used for the Ni layer. The selection of the Ni wet etchant for the shot key metal layer 14a is such that the bottom shot key metal layer becomes 14a'and the top shot key layer, as described in FIG. 10C-10G below, when used. It is important to be highly selective for (where becomes 14a ”). In addition, the unintended removal of nickel under the masked shotkey gate metal layer 14a feature (here undercut). (Also referred to as) should be minimized so that the gate dimensions obtained from this process are reproducible and the gate functions as intended. As a result, it is masked by the shotkey metal layer 14a. As the overall width of the feature size shrinks, so does the thickness of the nickel layer within the shotkey gate metal layer 14a in order to minimize undercuts. 1 micron defined by the shot key gate metal 14a. For feature sizes less than (≤1 μm), the Ni thickness of the shotkey contact gate metal layer 14a to be deposited is expected here to be, for example, ≤100 nm.

ゲート電極構造14-14の形成を、図10A-10Gに関して更に詳細に示す。従って、図2E及び2Fに関連して上述したように、ここでもSiNである誘電体層44を図10Aに示すように形成し、そして、図10Bに示すように層44内に開口又は窓46を形成した後に、図10Cに示すように、誘電体層44の上に及び窓46を通してAlGaN層36の露出部分上に、ここでは例えばNi又はTiNである第1のゲートメタル又はショットキーコンタクトメタル層14’aが堆積される。次に、図10Cに示すように、第1のゲートメタル又はショットキーコンタクト層の上に、ここでは例えばTaN、Ta、Mo、又はWである第2のゲートメタル層14”aが堆積される。 The formation of the gate electrode structure 14 1-144 is shown in more detail with respect to FIGS. 10A-10G. Therefore, as described above in connection with FIGS. 2E and 2F, the dielectric layer 44, which is also SiN x , is formed as shown in FIG. 10A, and an opening or window in the layer 44 as shown in FIG. 10B. After forming the 46, as shown in FIG. 10C, on the dielectric layer 44 and on the exposed portion of the AlGaN layer 36 through the window 46, a first gate metal or shot key contact, here eg Ni or TiN. The metal layer 14'a is deposited. Next, as shown in FIG. 10C, a second gate metal layer 14 ″ a, which is, for example, TaN, Ta, Mo, or W, is deposited on the first gate metal or shot key contact layer. ..

次に、図10Dに示すように、窓46と位置合わせして第2のゲートコンタクトメタル14”aの表面の一部の上に、フォトレジスト又はハードマスクのいずれか45が形成される。図10Eに示すように、マスクによって露出された第2のゲートコンタクトメタル14”aの部分が、ドライエッチングを用いて除去される。次に、図10Fに示すように、同じマスク45を使用して、ドライエッチング又はウェットエッチングを用いて第1のゲートコンタクト又はショットキーコンタクトメタル14’aの露出部分が除去される。次いで、図10Gに示すように、マスク45が除去される。 Next, as shown in FIG. 10D, either a photoresist or a hard mask 45 is formed on a portion of the surface of the second gate contact metal 14 "a, aligned with the window 46. As shown in 10E, the portion of the second gate contact metal 14 "a exposed by the mask is removed using dry etching. Next, as shown in FIG. 10F, the exposed portion of the first gate contact or shotkey contact metal 14'a is removed using dry etching or wet etching using the same mask 45. The mask 45 is then removed, as shown in FIG. 10G.

ショットキーゲートメタル層14aが形成された後、処理は、ここでは図2Kに示すような銅ダマシン電極コンタクト54-5411(これらのうち、ここでは電極54である例示的な1つを図3Aに詳細に示している)である前述の電極コンタクトの形成を続ける。なお、銅ダマシン電極コンタクト54-5411の各々の形成は、図2Iに示すような2つの誘電体層(ここではSiN層48及びSiO層50)の堆積を用いて行われる。ここではSiNである第1の層48は、拡散バリア(その下に銅が配置されているとき)及びエッチングストッパとして機能する。ここではSiO層50である第2の層が、ここではSiNである第1の層48に対して選択的にエッチングされ、次いで、ゲートメタル層14aを露わにするように第1の層48がエッチングされ、それにより、その中にここでは銅である金フリー材料が後に堆積されるトレンチが形成される。 After the Schottky Gate metal layer 14a is formed, the treatment is carried out with an exemplary one of which is here the electrode 542, copper damascene electrode contacts 54 1-54 11 as shown in FIG . 2K. The formation of the above-mentioned electrode contacts (shown in detail in FIG. 3A) is continued. Each of the copper damascene electrode contacts 54 1 to 54 11 is formed by depositing two dielectric layers (here, SiN x layer 48 and SiO 2 layer 50) as shown in FIG. 2I. Here, the first layer 48, which is SiN x , functions as a diffusion barrier (when copper is placed beneath it) and an etching stopper. Here, the second layer, which is the SiO 2 layer 50, is selectively etched with respect to the first layer 48, which is SiN x , and then the first layer is exposed so as to expose the gate metal layer 14a. The layer 48 is etched, thereby forming a trench in which the gold-free material, here copper, is later deposited.

典型的に、銅ダマシン電極コンタクト54-5411は、先ず、第2の誘電体層内に形成されたトレンチの中への銅めっきを容易にするために、薄いメタルシード層(典型的に、Ta/Cu、Ta/TaN、又はTaN/Cu、且つ≦100nm)をスパッタリングすることによって形成される。なお、このシード層はまた、銅拡散バリアとして、及び誘電体に対する密着層としても機能する。次いで、トレンチの過剰な銅オーバーフィルが化学機械研磨(CMP)で除去され、それが、トレンチ内に配置された金属だけを置き去りにすることによって金属インターコネクトを画成する。他の銅ダマシン層が追加されるとき、後述するようにこのプロセスが繰り返される。従って、ダマシン電極コンタクト54-5411は、共平面の上面を有する。 Typically, the copper damascene electrode contacts 541-54 11 first have a thin metal seed layer (typically) to facilitate copper plating into the trench formed in the second dielectric layer. , Ta / Cu, Ta / TaN, or TaN / Cu, and ≦ 100 nm). The seed layer also functions as a copper diffusion barrier and as an adhesion layer to the dielectric. The excess copper overfill in the trench is then removed by chemical mechanical polishing (CMP), which defines the metal interconnect by leaving only the metal placed in the trench. When other copper damascene layers are added, this process is repeated as described below. Therefore, the damascene electrode contacts 54 1-54 11 have a coplanar top surface.

前段落に記載したダマシンプロセスを開始し、そして、次に図2Hを参照するに、図2Gに示した構造の表面を覆って、ここでは例えばSiNである誘電体層48が堆積される。次に図2Iを参照するに、層48を覆って、ここでは例えばSiOである第2の誘電体層50が堆積され、そして、ソース、ドレイン及びゲート電極54-5411の同時形成のために、従来からのシリコン(Si)ファウンドリ適合リソグラフィ及びエッチング技術を用いて、図2Jに示すように、層50及び層48の選択部分を貫く窓52を形成してそれによって電気コンタクト構造42-42及びフィンガー状ゲート電極構造14-14の頂面を露出させるようにパターニングされ、それにより、図1Aに関連して上述したゲート電極構造14-14、ドレイン電極構造18-18、及びソース電極構造22-22が完成する。 Initiating the damascene process described in the previous paragraph and then referring to FIG. 2H, a dielectric layer 48, eg SiN x , is deposited over the surface of the structure shown in FIG. 2G. Next, referring to FIG. 2I, overlying the layer 48, a second dielectric layer 50, for example SiO 2 , is deposited and the source, drain and gate electrodes 541-541 are co -formed. To this end, conventional silicon (Si) foundry conforming lithography and etching techniques are used to form windows 52 through the selected portions of layers 50 and 48, thereby forming an electrical contact structure 42 1 as shown in FIG. 2J. -427 and the finger-shaped gate electrode structure 14 1-144 are patterned so as to expose the top surface, whereby the gate electrode structure 14 1-144 and the drain electrode structure 18 1 described above in relation to FIG. 1A are exposed. -18 2 and the source electrode structure 22 1-22 3 are completed.

次に図2Kを参照するに、上述のようにダマシンプロセスにおいてここではCuである余分な金属がCMPによって除去された後、図示のように、電気コンタクト構造42-42及びフィンガー状ゲート電極構造14-14の露出した頂面上に電極コンタクト54-5411が形成されている。電極コンタクト54-5411の各々は構成において同じであり、ここでは、ソース電極構造22-22又はドレイン電極構造18-18の例示的な1つ(ここではソース電極構造22)に関する電極コンタクト54-5411のうちの例示的な1つ(ここでは電極コンタクト54)を図3Bに示しており、ゲート電極コンタクトのうちの例示的な1つ(ここではゲート電極構造14)を図3Aに示している。故に、図3A及び3Bにいっそう明瞭に示されるように、各電極コンタクト54-5411は、この例において、底面及び側面が密着・銅拡散バリア層54a(ここでは、例えば、タンタル若しくは窒化タンタル又はこれらの組み合わせ)でライニングされた(表面を覆われた)銅の上部層54bを含んでいる。 Next, referring to FIG. 2K, as described above, after the excess metal, which is Cu here in the damascene process, has been removed by the CMP, the electrical contact structure 42 1-427 and the fingered gate electrode, as shown in the figure. Electrode contacts 541-54 11 are formed on the exposed top surface of the structure 14 1-144 . Each of the electrode contacts 54 1-54 11 is the same in configuration, where here is an exemplary one of the source electrode structure 22 1-22 3 or the drain electrode structure 18 1-182 ( here source electrode structure 22 1 ). ) Is shown in FIG . 3B, an exemplary one of the electrode contacts 54 1-54 11 (here, the electrode contact 542), which is an exemplary one of the gate electrode contacts (here, the gate electrode structure). 14 1 ) is shown in FIG. 3A. Therefore, as more clearly shown in FIGS. 3A and 3B, each electrode contact 54 1-54 11 in this example has a bottom and side surfaces in close contact with the copper diffusion barrier layer 54a (here, eg, tantalum or tantalum nitride). Or a combination thereof) contains a copper top layer 54b lined (covered).

従って、ドレイン電極構造18-18の各々及びソース電極構造22-22の各々は、III族-N半導体層36と接触した多層の電気コンタクト構造であり、III族-N半導体層36とオーミックコンタクトした金フリーコンタクト層42OCと、金フリーコンタクト層42OCに電気的に接続された金フリーの導電性のエッチング停止層42ESと、金フリーのダマシン電極コンタクト54、54、54、54及び5410のうちの1つとを含んでいる。また、ゲート電極構造14-14の各々は、金フリーのゲート電気コンタクトと、金フリーのダマシン電極コンタクト54、54及び54のうちの1つとを含んでいる。また、ダマシン電極コンタクト54-5410の各々は構成において同じであり、8つ全てのダマシン電極コンタクト54-5410が同時に形成される。 Therefore, each of the drain electrode structure 18 1-18 2 and each of the source electrode structures 22 1-22 3 is a multi-layered electrical contact structure in contact with the group III-N semiconductor layer 36, and is a group III-N semiconductor layer 36. Gold-free contact layer 42 OC , gold-free conductive etching stop layer 42 ES electrically connected to gold-free contact layer 42 OC , and gold - free damascene electrode contacts 542, 544 , Includes one of 546 , 548 and 54 10 . Each of the gate electrode structures 141-144 also includes a gold - free gate electrical contact and one of the gold - free damascene electrode contacts 543 , 545 and 547. Also, each of the damascene electrode contacts 542-5410 is the same in configuration, and all eight damascene electrode contacts 542-5410 are formed simultaneously.

次に図2Lを参照するに、CMPの後、表面を覆って、ここでは窒化シリコン(SiNx)である誘電体層56が堆積され、次いで、層56が、ここでは酸化物層58(ここでは例えば二酸化シリコン)である第2の誘電体層58で覆われる。 Next, referring to FIG. 2L, after the CMP, over the surface, a dielectric layer 56, here silicon nitride (SiNx), is deposited, followed by a layer 56, here an oxide layer 58 (here, here). It is covered with a second dielectric layer 58 (eg, silicon dioxide).

次に図2Mを参照するに、層56及び58が、ソース電極構造22-22(図1B)とパッド26及び26(図1B)との上に層56及び58を貫く開口又は窓60-60を有するように、従来からのシリコンファウンドリ適合リソグラフィ及びエッチング処理技術を用いてパターニングされ、それにより、図示のように、電極コンタクト54、54、54、5410及び5411の頂面が露出される。 Next, referring to FIG. 2M, the layers 56 and 58 have openings or openings through the layers 56 and 58 over the source electrode structure 22 1-22 3 (FIG. 1B ) and the pads 26 1 and 26 2 (FIG. 1B). Patterned using traditional silicon foundry conforming lithography and etching techniques to have windows 60 1-605 , thereby electrode contacts 54 1 , 542 , 546, 54 10 and , as shown. The top surface of 54 11 is exposed.

次に図2Nを参照するに、従来からのシリコンファウンドリ適合処理技術を用いて、窓60-60内にそれぞれ上部電気インターコネクト62-62が形成され、それにより、それぞれ電極コンタクト54、54、54、5410及び5411への、ひいては、ソース電極構造22-22(図1B)とパッド26及び26(図1B)への電気接続がなされる。上部電気インターコネクト62-62の各々は、電極コンタクト54、54、54、5410及び5411の各々と同じように構成され、ここでは例えばタンタル(Ta)若しくは窒化タンタル(TaN)又はこれらの組み合わせである密着・銅拡散バリア層62aで底面及び側面がライニングされた銅の上部層62bを含む。 Next, referring to FIG. 2N, using conventional silicon foundry conformance processing techniques, upper electrical interconnects 62 1-625 are formed in windows 60 1-605 , respectively, thereby forming electrode contacts 541 , respectively . , 542 , 546, 54 10 and 54 11 , and thus the source electrode structure 22 1-22 3 (FIG. 1B ) and the pads 26 1 and 26 2 (FIG. 1B) are electrically connected. Each of the upper electrical interconnects 62 1-625 is configured similarly to each of the electrode contacts 54 1, 542, 546, 54 10 and 54 11 and here , for example , tantalum (Ta) or tantalum nitride (TaN). Alternatively, it includes a copper upper layer 62b whose bottom surface and side surfaces are lined with the adhesion / copper diffusion barrier layer 62a which is a combination thereof.

次に図2Oを参照するに、図2Nに示した構造を覆って、ここではSiNxである誘電体層64が形成され、それに二酸化シリコンの誘電体層66が続く。 Next, referring to FIG. 2O, overlying the structure shown in FIG. 2N, a dielectric layer 64, which is SiNx, is formed, followed by a dielectric layer 66 of silicon dioxide.

図2Pを参照するに、上部電気インターコネクト62-62の頂面を露出させるように、層64、66の選択された部分を貫いて窓68が形成される。 Referring to FIG. 2P, a window 68 is formed through selected portions of layers 64, 66 so as to expose the top surface of the upper electrical interconnects 62 1-625 .

次に図2Qを参照するに、上部電気インターコネクト62-62のように、ここでは例えばタンタル若しくは窒化タンタル又はこれらの組み合わせである密着・銅拡散バリア層24aで底面及び側面がライニングされた銅の上部層24bを含む導電インターコネクト構造24(図1A、1B)が形成される。 Next, referring to FIG. 2Q , here, as in the upper electric interconnect 62 1-625 , copper whose bottom surface and side surfaces are lined with, for example, tantalum or tantalum nitride or a combination thereof, a close contact / copper diffusion barrier layer 24a. The conductive interconnect structure 24 (FIGS. 1A and 1B) including the upper layer 24b of the above is formed.

図2Rを参照するに、図2Qに示した構造の表面を覆って、ここではSiNである誘電体層70が形成される。なお、必要な場合には、Cuベースの更なるインターコネクト層が、上述のCuインターコネクトと同じように追加され得る。最後のインターコネクト層の付加後、最終テスト又は他の回路(図示せず)への接続を容易にするために、それぞれ、テストパッド層又は入力/出力パッド(図示せず)が付加され得る。この時点で前面側の処理は完了である。 Referring to FIG. 2R, a dielectric layer 70 which is SiN x is formed here over the surface of the structure shown in FIG. 2Q. If necessary, an additional Cu-based interconnect layer may be added in the same manner as the Cu interconnect described above. After the addition of the last interconnect layer, a test pad layer or input / output pads (not shown) may be added, respectively, to facilitate final testing or connection to other circuits (not shown). At this point, the processing on the front side is completed.

前面側処理の完了後、そして、図2Sを参照するに、裏面側処理が開始される。より具体的には、ウエハが、図示しない一時的なキャリア上にフェイスダウンで取り付けられ、次いで、ここでは例えば50又は100ミクロンまで、ウエハが薄化される。基板32の底面のうち電極コンタクト54及び5411の下方の部分を露出させるように、この構造の露出した底面がマスクされる。次に、ここでは例えば六フッ化硫黄(SF)であるフッ素系ドライエッチングを用いた、SiC又はSi基板32の底面からのエッチングによって、露出された部分にビアホール72が形成される。 After the front side treatment is complete, and with reference to FIG. 2S, the back side treatment is started. More specifically, the wafer is face-down mounted on a temporary carrier (not shown), where the wafer is then thinned, eg, to 50 or 100 microns. The exposed bottom surface of this structure is masked so as to expose the lower portions of the electrode contacts 541 and 54 11 of the bottom surface of the substrate 32. Next, here, via holes 72 are formed in the exposed portion by etching from the bottom surface of SiC or Si substrate 32 using fluorine-based dry etching, for example, sulfur hexafluoride (SF 6 ).

次に図2Tを参照するに、基板32の底面が、ここでは例えば三塩化ホウ素(BCl)と塩素(Cl)との組み合わせである塩素系ドライエッチングにさらされ、露出されたIII族-N層34の部分を貫き、そして、電極コンタクト54及び5411のオーミックコンタクト構造42OCの、露出されたTi又はTa層42aの内側部分、次いでアルミニウムベースの層42bの内側部分、次いで露出された金属窒化物層42cの内側部分を貫くエッチングによって、(矢印74によって指し示されるように)ビアホール72が深くされ続けられ、そして、図示のように、電極コンタクト54及び5411の下の電気コンタクト構造42上のエッチング停止層42ESでエッチングが停止する。 Next, referring to FIG. 2T, the bottom surface of the substrate 32 is exposed to group III-exposed by chlorine-based dry etching, which is a combination of boron trichloride (BCl 3 ) and chlorine (Cl 2 ), for example. The portion of the N layer 34 is penetrated and the inner portion of the exposed Ti or Ta layer 42a of the ohmic contact structure 42 OC of the electrode contacts 541 and 54 11 is then exposed, followed by the inner portion of the aluminum-based layer 42b. Etching through the inner portion of the metal nitride layer 42c continued to deepen the via hole 72 (as pointed to by the arrow 74) and, as shown, the electricity under the electrode contacts 541 and 54 11 . Etching is stopped at the etching stop layer 42 ES on the contact structure 42.

次に、図2Uを参照するに、図2Tの構造の底面が、基板32の底面上及びビアホール72内に配置された導電層28(図1A)を有している。ここでは、例えば、層28bは、ここでは例えばタンタル若しくは窒化タンタル又はこれらの組み合わせである密着・銅拡散バリア層28aを備えた銅であり(図2U1(FIG.2U’)に示すように)、導電ビア30及び30(図1A)とグランドプレーン導体30とを形成する。導電ビア30及び30は、グランドプレーン導体30を前面側メタライゼーション層に、そして最終的には、エッチング停止層42ESから電極コンタクト54及び5411の底部を介してインターコネクトソース電極構造22-22に電気的に相互接続する(図1A及び図1B)。理解されるべきことには、導電ビア30及び30並びにグランドプレーン30は、ここでは例えば金(Au)層28bとチタン(Ti)又はチタン/白金(Ti/Pt)層28aとである他の金属からなる層28を有することができる。この場合、裏面側処理は、金が汚染問題を提示しない領域で行われる。 Next, referring to FIG. 2U, the bottom surface of the structure of FIG. 2T has a conductive layer 28 (FIG. 1A) arranged on the bottom surface of the substrate 32 and in the via hole 72. Here, for example, the layer 28b is copper with, for example, tantalum or tantalum nitride or a combination thereof, the adhesion / copper diffusion barrier layer 28a (as shown in FIG. 2U1 (FIG. 2U')). Conductive vias 30 1 and 30 2 (FIG. 1A) and ground plane conductor 30 3 are formed. Conductive vias 30 1 and 30 2 have an interconnect source electrode structure with the ground plane conductor 30 3 on the front metallization layer and finally from the etching stop layer 42 ES through the bottoms of the electrode contacts 541 and 54 11 . 22 1-22 Electrically interconnected to 3 (FIGS. 1A and 1B). It should be understood that the conductive vias 30 1 and 30 2 and the ground plane 30 3 are here, for example, a gold (Au) layer 28b and a titanium (Ti) or titanium / platinum (Ti / Pt) layer 28a. It can have a layer 28 made of another metal. In this case, the backside treatment is performed in an area where gold does not present a contamination problem.

従って、ここで、図2A-2Uに関連して上述した実施形態においては、前面側の処理及び裏面側のウエハ薄化の後に、導電性エッチング停止層42ESで終了する二段階エッチングプロセスを伴う化学ドライエッチングを用いて、裏面側ビアホール72が形成される。ビアホールエッチングプロセスの第1ステップにて、SiC又はSi基板層32の底面の露出した部分に、例えば六フッ化硫黄(SF)であるフッ素系ドライエッチングを用いてビアホールが形成される。このフッ素系エッチングは、例えば窒化ガリウム(GaN)及び窒化アルミニウム(AlN)などのIII族-N層34上で選択的に停止する。第2ステップにて、ビアホール72内で露出したIII族-N層の底面が、例えば三塩化ホウ素(BCl)と塩素(Cl)の組み合わせである塩素系ドライエッチングにさらされる。この塩素系の裏面側ビアホール72ドライエッチングは、III族-N層34及び36(図2に示した例では、基板層32を貫いてエッチングした後、“オフ”メサエッチがIII-N層34を貫いてエッチングしさえすればよい)及び金属-半導体電気コンタクト構造を貫いてビアホールエッチングを続け、そして、電気コンタクト構造メタルの、ここでは例えばニッケル又はモリブデン又は白金である導電性エッチング停止層で終了する。 Therefore, here, in the embodiment described above in relation to FIG. 2A-2U, a two-step etching process ending with the conductive etching stop layer 42 ES is involved after the treatment on the front side and the thinning of the wafer on the back side. The back side via hole 72 is formed by using chemical dry etching. In the first step of the via hole etching process, via holes are formed in the exposed portion of the bottom surface of the SiC or Si substrate layer 32 by using, for example, fluorine-based dry etching of sulfur hexafluoride (SF 6 ). This fluorine-based etching selectively stops on the group III-N layer 34 such as gallium nitride (GaN) and aluminum nitride (AlN). In the second step, the bottom surface of the Group III-N layer exposed in the via hole 72 is exposed to chlorine-based dry etching, which is a combination of, for example, boron trichloride (BCl 3 ) and chlorine (Cl 2 ). This chlorine-based backside via hole 72 dry etching is performed through Group III-N layers 34 and 36 (in the example shown in FIG. 2, the substrate layer 32 is penetrated, and then "off" mesaetching is performed on the III-N layers 34. It only needs to be etched through) and viahole etching is continued through the metal-semiconductor electrical contact structure and ends with a conductive etching stop layer of the electrical contact structure metal, in this case nickel or molybdenum or platinum. ..

次に図5A-5Cを参照して、ここでは、MMIC構造10’の一部の一実施形態を説明する。MMIC構造10’は、ここでは例えば、図5Aに更に詳細に示すようにマルチゲートHEMT FETを有し、このマルチゲートHEMT FETは、図示のように、III族-N半導体層36とオーミックコンタクトするとともに、構造10’の底面に形成された導電層28へと基板32、III族-N層34、及びIII族-N半導体層36を貫通する金フリーの導電ビア30-30(図5C)と相互接続された、金フリーのソース電極構造22-22を提供する、電気コンタクト構造42、42及び42の上にそれぞれ配置された電極コンタクト54、54及び5410と、図示のように、III族-N半導体層36とオーミックコンタクトするとともに、金フリーのドレインパッド20(図1B)に相互接続された、金フリーのドレイン電極構造18、18を提供する、電気コンタクト構造42及び42の上にそれぞれ配置された電極コンタクト54及び54と、III族-N半導体層36とショットキーコンタクトするとともに、ゲートパッド16(図1B)に接続された、金フリーのドレイン電極構造18、18を提供する、金フリーのゲート電極構造14-14の上にそれぞれ配置された電極コンタクト54、54、54及び54と、を有している。構造10’は、一対の電極(抵抗Rの両端)R1及びR2を有した、ここでは例えば窒化タンタル(TaN)である抵抗Rを含んでおり、一方の電極R1は、電極コンタクト5411、電気コンタクト42に接続され、そして、基板32及びIII族-N層34を通り抜ける導電ビア30(図5C)によって、構造10’の底面に形成された金フリーの導電層28に接続され、他方の電極R2は、III族-N層34上に配置された電気コンタクト42上に配置された電極541上に配置される。構造10’はまたキャパシタCを含んでおり、キャパシタCは、図示のように、電極コンタクト54及び電気コンタクト構造42(図5A)によって形成された下部プレートC1であり、構造10’の底面に形成された金フリーの導電層28へと基板32及びIII族-N層34を通り抜ける導電ビア305に相互接続された下部プレートC1と、ここでは層54a(ここでは、例えば、タンタル若しくは窒化タンタル又はこれらの組み合わせ)でライニングされた銅層54bを有する電気インターコネクト54aである上部プレートC2と、上部プレートC2と下部プレートC1との間に配置された、ここでは例えば窒化シリコンである誘電体75とを有している。なお、最後に、多くの回路設計において、キャパシタC及び抵抗Rは導電ビア30に接続される必要はない。 Next, with reference to FIGS. 5A-5C, an embodiment of a part of the MMIC structure 10'will be described here. The MMIC structure 10'has a multi-gate HEMT FET here, for example, as shown in more detail in FIG. 5A, which in ohmic contact with the Group III-N semiconductor layer 36 as shown. At the same time, the gold-free conductive vias 30 1-30 3 penetrating the substrate 32, the group III-N layer 34, and the group III-N semiconductor layer 36 into the conductive layer 28 formed on the bottom surface of the structure 10'(FIG. 5C). ), Which provides a gold - free source electrode structure 22 1-223 , respectively, and electrode contacts 542, 546 and 54 10 arranged on the electrical contact structures 422 , 424 and 426, respectively. As shown in the figure, gold-free drain electrode structures 18 1 and 182 are provided, which are in ohmic contact with the Group III-N semiconductor layer 36 and interconnected to a gold-free drain pad 20 (FIG. 1B). , Electrode contacts 544 and 548 arranged on the electrical contact structures 42 3 and 425, respectively, and group III-N semiconductor layer 36 in shotkey contact and connected to a gate pad 16 (FIG. 1B). , Electrode contacts 543 , 545 , 547 and 549, respectively, disposed on gold-free gate electrode structures 14 1-144 , which provide gold - free drain electrode structures 18 1 , 182 . Have. The structure 10'contains a resistor R having a pair of electrodes (both ends of the resistor R) R1 and R2, here for example tantalum nitride (TaN), one electrode R1 having an electrode contact 54 11 and electricity. Connected to the gold-free conductive layer 28 formed on the bottom surface of the structure 10'by a conductive via 304 ( FIG. 5C) connected to the contact 427 and passing through the substrate 32 and the Group III-N layer 34, the other. The electrode R2 of the above is arranged on the electrode 5421 arranged on the electric contact 428 arranged on the group III-N layer 34. The structure 10'also includes a capacitor C, which, as shown, is a lower plate C1 formed by an electrode contact 541 and an electrical contact structure 421 (FIG. 5A), the bottom surface of the structure 10'. A lower plate C1 interconnected to a gold-free conductive layer 28 formed in the substrate 32 and a conductive via 305 passing through a group III-N layer 34, and here a layer 54a (here, eg, tantalum or tantalum nitride). Or a combination thereof) with an upper plate C2, which is an electrical interconnect 54a having a copper layer 54b lined with a copper layer 54b, and a dielectric 75, which is disposed between the upper plate C2 and the lower plate C1, for example, silicon nitride. have. Finally, in many circuit designs, the capacitor C and the resistor R do not need to be connected to the conductive via 30.

なお、キャパシタCの下部プレートC1を形成するとともに抵抗Rに使用される銅の厚さは、ソース電極構造22、22及び22並びにドレイン電極構造18及び18に使用される厚さよりも、以下の2つの理由により厚い。第1に、ダマシン処理において形成されるトレンチは、(プレーナ構造を実現するように、上述のメサの代わりに、図示しないイオン注入分離が使用されるのでない限り)“オン”メサ11電気コンタクト構造42への“オフ”メサ11(図1B及び2A)縦型インターコネクトを実現するために、深くなければならない。第2に、金属層堆積中に形成される全てのコンタクトが、CMPプロセスにより、層の上面で同じレベルで終端する。 The thickness of copper used for the resistance R while forming the lower plate C1 of the capacitor C is larger than the thickness used for the source electrode structures 22 1 , 22 2 and 22 3 and the drain electrode structures 18 1 and 182 . However, it is thick for the following two reasons. First, the trench formed in the damascene process is an "on" mesa 11 electrical contact structure (unless an ion implantation separation (not shown) is used instead of the above mesa to achieve a planar structure). “Off” mesas 11 to 42 (FIGS. 1B and 2A) must be deep to achieve vertical interconnects. Second, all contacts formed during metal layer deposition are terminated at the same level on the top surface of the layer by the CMP process.

なお、また、上述の電気コンタクト構造42-42は、図2A-2Tに関連して上述したのと同じように形成される。従って、ソース電極構造22、22及び22並びにドレイン電極構造18及び18はIII族-N半導体層36とオーミックコンタクトし、ゲート電極構造14、14及び14はIII族-N半導体層36とショットキーコンタクトする。 Further, the above-mentioned electric contact structure 42 1-428 is formed in the same manner as described above in relation to FIG. 2A-2T. Therefore, the source electrode structures 22 1 , 22 2 and 22 3 and the drain electrode structures 18 1 and 18 2 are in ohmic contact with the group III -N semiconductor layer 36, and the gate electrode structures 14 1 , 142 and 14 3 are group III-. Shot key contact is made with the N semiconductor layer 36.

次に、裏面側の処理が、図2S及び2Tにおいてと同様に進められる。より具体的には、ウエハが、図示しない一時的なキャリア上にフェイスダウンで取り付けられ、ここでは例えば50又は100ミクロンまで、ウエハが薄化される。図示のように、基板32の底面のうち電気コンタクト構造42、42、42、42及び42の中央又は内面部分の下に配置された部分を露出させるように、この構造の露出した底面がマスク78でマスクされ、従来からのシリコン適合処理技術を用いて処理され、それに続いて、図2Sに関連して上述したような、基板32の露出された部分を貫くビアホール72をエッチングするための、ここでは例えば六フッ化硫黄(SF)である第1のフッ素系ドライエッチングと、図2Tに関連して上述したような、露出されたIII族-N層34及び36の部分を貫き、次いで、電気コンタクト構造42、42、42、42及び42の底面の中央又は内側の部分79IPを貫き、そして構造のエッチング停止層42ES(ここでは、例えば、ニッケル、モリブデン又は白金)で停止するエッチングによって、ビア72を深くし続けるための(電気コンタクト構造のうちここでは電気コンタクト構造42である例示的な1つについて図5B1(FIG.5B’)に示す)、ここでは例えば三塩化ホウ素(BCl)と塩素(Cl)との組み合わせである塩素系ドライエッチングとが行われる。なお、電気コンタクト構造42、42、42の底面の外側部分79OPはエッチングされないままであり、従ってIII族-N層36とオーミックコンタクトしたままである。 Next, the processing on the back surface side proceeds in the same manner as in FIGS. 2S and 2T. More specifically, the wafer is mounted face down on a temporary carrier (not shown), where the wafer is thinned to, for example, 50 or 100 microns. As shown in the figure, the exposed portion of the bottom surface of the substrate 32 that is located below the central or inner surface portion of the electrical contact structures 42 1 , 42 2 , 42 4 , 426 and 427 is exposed. The bottom surface is masked with a mask 78 and processed using conventional silicon conformance processing techniques, followed by etching via holes 72 penetrating the exposed portion of the substrate 32 as described above in connection with FIG. 2S. First fluoro-based dry etching, here for example sulfur hexafluoride (SF 6 ), and exposed Group III-N layers 34 and 36 portions as described above in connection with FIG. 2T. And then through the central or inner part 79 IP of the bottom surface of the electrical contact structures 42 1 , 42 2 , 42 4 , 426 and 427 , and the etching stop layer 42 ES of the structure (here, eg, nickel). , Molybdenum or platinum) to continue to deepen the via 72 (an exemplary electrical contact structure, here electrical contact structure 422, is shown in FIG . 5B1 (FIG. 5B'). ), Here, for example, chlorine-based dry etching, which is a combination of boron trichloride (BCl 3 ) and chlorine (Cl 2 ), is performed. It should be noted that the outer portion 79 OP of the bottom surface of the electrical contact structures 42 2 , 424 , 426 remains unetched and thus remains in ohmic contact with the group III-N layer 36.

次に、図5Cを参照するに、図2Uに関連して説明したように、マスク78が除去され、裏面側プロセスが実行される。従って、図5Bの構造の底面に、図2U1(FIG.2U’)に関連して上述したように、それを覆って及び延在されたビアホール72の側面と底面を覆って導電層28が形成されることで、露出した導電性エッチング停止層42ES上に導電ビア30-30が形成され、図示のように、ソース電極構造22-22、キャパシタCの下部プレートC1及び抵抗の電極R1が電気的に相互接続される。 Next, with reference to FIG. 5C, the mask 78 is removed and the backside process is performed, as described in connection with FIG. 2U. Therefore, on the bottom surface of the structure of FIG. 5B, as described above in relation to FIG. 2U1 (FIG. 2U'), a conductive layer 28 is formed covering the side surface and the bottom surface of the via hole 72 extending and covering it. As a result, conductive vias 30 1-305 are formed on the exposed conductive etching stop layer 42 ES , and as shown in the figure, the source electrode structure 22 1-22 3 , the lower plate C1 of the capacitor C, and the resistance are formed. The electrodes R1 are electrically interconnected.

なお、ここで、電気コンタクト構造42’は、図5A1(FIG.5A’)に示すように、ここではシリサイド層(ここでは、例えば、ニッケルシリサイド(NiSi)又はコバルトシリサイド(CoSi))である単一のオーミックコンタクト層42’OCとしてもよい。また、シリサイド層オーミックコンタクト構造42’OCはまた、コンタクト抵抗をさらに改善するためにドープされてもよい。例えばNiSiの場合、それはリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)又はこれらの組み合わせでドープされ得る。オーミックコンタクト構造42’OCを形成するために、SiとNi又はCoとが堆積され、エッチバックされ、次いで合金化される。NiSiの場合、ここでの合金温度は、例えば、~450℃である。CoSiの場合、ここでは例えば~550℃及びそれに続く~700℃である二段階アニールが使用される。III族-N層36へのより良好なオーミックコンタクトを支援するために、シリサイド層オーミックコンタクト構造42’OCは、シリサイド層オーミックコンタクト構造42OCの底面がIII族-N層36の底面から2-20nmであるように、III族-N半導体層36の中にリセス化されてもよい。なお、エッチング停止層42ESは、図示のように、オーミックコンタクト構造42’OC上に配置される。ここでは、電気コンタクト構造は、オーミックコンタクト構造42’OC上にエッチング停止層42ESを有するオーミックコンタクト構造42’OCを含む。 Here, as shown in FIG. 5A1 (FIG. 5A'), the electrical contact structure 42'is here a silicide layer (here, for example, nickel silicide (NiSi) or cobalt silicide (CoSi 2 )). It may be a single ohmic contact layer 42'OC . Also, the silicide layer ohmic contact structure 42'OC may also be doped to further improve contact resistance. For example, in the case of NiSi, it can be doped with phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb) or a combination thereof. Si and Ni or Co are deposited, etched back and then alloyed to form an ohmic contact structure 42'OC . In the case of NiSi, the alloy temperature here is, for example, about 450 ° C. In the case of CoSi 2 , for example, two-step annealing at ~ 550 ° C and subsequently ~ 700 ° C is used. In order to support better ohmic contact to the group III-N layer 36, the silicide layer ohmic contact structure 42'OC is such that the bottom surface of the silicide layer ohmic contact structure 42 OC is 2-from the bottom surface of the group III-N layer 36. It may be recessed in the group III-N semiconductor layer 36 so as to be 20 nm. The etching stop layer 42 ES is arranged on the ohmic contact structure 42'OC as shown in the figure. Here, the electrical contact structure includes an ohmic contact structure 42'OC having an etching stop layer 42 ES on the ohmic contact structure 42'OC .

次に図6A-6Dを参照して、他の一実施形態を説明する。ここでも、図6Aに示すように、ここでは例えばSi又はSiCである基板32と、基板32の上部上のメサ状の(上述のように、エッチング又は注入分離によって画成される)III族-N半導体層34であり、ここでは例えば、基板32の上面の上で約1-5ミクロンの厚さを持つ窒化ガリウムの層であるIII族-N半導体層34と、III族-N層34上の、例えば約5-30nmの厚さを持つここではAlGa1-xNであるIII族-N半導体層36とを有する構造10”が示されている。後述するように、構造10”は、マルチゲートHEMTを形成するように処理される。しかしながら、ここでは、ソース電極構造22-22(図1B)を電気的に相互接続するために、図6B及び6Cに関連して説明する導電ビア90が形成されることになるIII族-N層34及び36の部分に、従来からのシリコンファウンドリ適合サブトラクティブパターニング(リソグラフィ及びエッチング)技術と、ここでは例えば三塩化ホウ素(BCl)及び塩素(Cl)の組み合わせドライエッチングとを用いて、開口(アパーチャ)80がエッチングされる。 Next, another embodiment will be described with reference to FIGS. 6A-6D. Again, as shown in FIG. 6A, here the substrate 32, for example Si or SiC, and the mesa-like group III (defined by etching or injection separation as described above) on top of the substrate 32-. The N semiconductor layer 34, here, for example, on the group III-N semiconductor layer 34 and the group III-N layer 34, which are layers of gallium nitride having a thickness of about 1-5 microns on the upper surface of the substrate 32. , For example, a structure 10 ”with a group III-N semiconductor layer 36 of Al x Ga 1-x N, having a thickness of, for example, about 5-30 nm, is shown. As will be described later, the structure 10”. Is processed to form a multi-gate HEMT. However, here, in order to electrically interconnect the source electrode structures 22 1-22 3 (FIG. 1B ), the conductive vias 90 described in relation to FIGS. 6B and 6C will be formed-Group III-. Conventional silicon foundry compatible subtractive patterning (lithography and etching) techniques and, here, for example, a combination dry etching of boron trichloride (BCl 3 ) and chlorine (Cl 2 ) are used on the N layers 34 and 36. , The aperture 80 is etched.

図6Bを参照するに、アパーチャ80が、フッ素含有ガスにてドライエッチングされることが可能な、ここでは例えばSiNx、SiO、モリブデン若しくはポリシリコン又はこれらの組み合わせである半導体又は誘電体又は金属材料82で充填される。この構造が、図2B-2Kに関連して上述したように処理されることで、電気コンタクト構造42”-42”が形成される。なお、ここで、電気コンタクト構造42”-42”は、例えば図2A-2Uに関連して上述したエッチング停止層42ESのような別個のエッチング停止層を含んでおらず、むしろ、この実施形態においては、図6Bに関連して説明するように、電気コンタクト構造42”-42”のオーミックコンタクト構造42”OCのアルミニウム又はSiドープトアルミニウムAl1-xSi層42b(ただし、Siドーピングのxは典型的に≦0.05)がエッチング停止層として機能する。図示のように、オーミックコンタクト構造42OC1-42OC5の上に、それぞれ、電極コンタクト54、54、54、54及び54が配置される。電気コンタクト構造42”、42”及び42”はソース電極構造22-22(図1B)用であり、電気コンタクト構造42”及び42”はドレイン電極構造18,18(図1B)用である。なお、電気コンタクト構造42”、42”及び42”の底面は、表面積において、半導体又は誘電体又は金属材料82の表面積よりも大きく、図示のように、電気コンタクト構造42”、42”及び42”の外面部分がIII族-N半導体層36とオーミックコンタクトしている。ゲート電極構造14-14は、図示のように、III族-N半導体層36とショットキーコンタクトし、図示のように、その上に電極コンタクト54、54、54、及び54を有する。 Referring to FIG. 6B, the aperture 80 can be dry etched with a fluorine-containing gas, here for example SiNx, SiO 2 , molybdenum or polysilicon or a semiconductor or dielectric or metal material which is a combination thereof. It is filled with 82. This structure is treated as described above in connection with FIG. 2B -2K to form the electrical contact structure 42 "1-42" 5 . It should be noted that here, the electrical contact structure 42 "1-42" 5 does not include a separate etching stop layer such as the above-mentioned etching stop layer 42 ES related to FIG. 2A-2U, but rather this. In embodiments, as described in connection with FIG. 6B, aluminum or Si-doped aluminum Al 1-x Si x layer 42b of the ohmic contact structure 42 " OC of the electrical contact structure 42" 1-42 " 5 ( provided that it is). , Si doping x typically ≦ 0.05) acts as an etching stop layer. As shown, on top of the ohmic contact structure 42 OC1-42 OC5 , the electrode contacts 54 1 , 54 3 , 54, respectively. 5 , 547 and 549 are arranged. Electrical contact structures 42 " 1 , 42" 3 and 42 " 5 are for source electrode structures 22 1-22 3 (FIG. 1B ), electrical contact structures 42" 2 and 42 ” 4 is for the drain electrode structures 18 1 and 18 2 (FIG. 1B). The bottom surface of the electric contact structure 42 " 1 , 42" 3 and 42 " 5 is larger in surface area than the surface area of the semiconductor, dielectric or metal material 82, and as shown in the figure, the electric contact structure 42" 1 , 42 " The outer surface portion of " 3 and 42" 5 is in ohmic contact with the group III-N semiconductor layer 36. The gate electrode structure 14 1-144 makes Schottky contacts with the group III-N semiconductor layer 36 as shown, and the electrode contacts 542 , 544, 546 , and 548 on it, as shown. Have.

電気コンタクト構造42”-42”のオーミックコンタクト構造層42a、42b、及び42c並びに電極コンタクトは、図3Bに関連して上述されており、オーミックコンタクト構造42OC1-42OC5は、Ti又はTaの底部層42a(これは、III族-N半導体層36の上面部分の中にリセス化されてもよい)と、ここではアルミニウム又はSiドープトアルミニウムAl1-xSi層であるアルミニウムベースの層の中間層42bと、該アルミニウム又はSiドープトアルミニウムAl1-xSi層上の、ここでは例えばタンタル(Ta)、窒化タンタル(TaN)又は窒化チタン(TiN)であるタンタル又は金属窒化物層とを有し、電極コンタクト54-54は、導電性金属インターコネクトコンタクトを有し、ここでは、例えば、側面及び底面を拡散バリア層(ここでは、例えば、タンタル若しくは窒化タンタル又はこれらの組み合わせ)でライニングされた銅を有する。従って、裏面側の処理に関して更に詳細に後述するように、留意されたいことには、この実施形態においては、(図2A-2Uに関連して上述した)別個のエッチング停止層42ESは存在せず、むしろ、この実施形態においてビア90(図6C)を形成するために使用されるフッ素ケミカルエッチャントに起因して、ここでは例えば電気コンタクト構造42”のアルミニウム(又はSiドープトアルミニウムAl1-xSi)である層42bによってエッチング停止層が提供される。 The ohmic contact structure layers 42a, 42b, and 42c of the electrical contact structure 42 "1-42" 5 and the electrode contacts are described above in connection with FIG. 3B, and the ohmic contact structure 42 OC1-42 OC5 is Ti or Ta. The bottom layer 42a (which may be recessed into the top portion of the Group III-N semiconductor layer 36) and an aluminum-based layer, here aluminum or Si-doped aluminum Al 1-x Si x layers. A tantalum or metal nitride on the intermediate layer 42b of the layer and the aluminum or Si-doped aluminum Al 1-x Si x layer, which is here, for example, tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN) or titanium nitride (TiN). With a layer, the electrode contacts 541-549 have conductive metal interconnect contacts, wherein, for example, the sides and bottom are diffuse barrier layers (here, eg, tantalum or tantalum nitride, or a combination thereof). ) Has lining copper. Therefore, it should be noted that there is no separate etching stop layer 42 ES (described above in connection with FIG. 2A-2U) in this embodiment, as will be described in more detail with respect to the backside treatment. Rather, due to the fluorochemical etchant used to form the via 90 (FIG. 6C) in this embodiment, here, for example, the aluminum (or Si-doped aluminum Al 1-x ) of the electrical contact structure 42 ”. The etching stop layer is provided by the layer 42b which is Si x ).

次に、裏面側の処理が、図2Uにおいてのように進められる。より具体的には、ウエハが、図示しない一時的なキャリア上にフェイスダウンで取り付けられ、ここでは例えば50又は100ミクロンまで、ウエハが薄化される。ソース電極構造22-22の下方の基板32の底面部分を露出させるように、この構造の露出した底面がマスク96(図6C)でマスクされる。なお、半導体又は誘電体又は金属材料82の外周部分はマスク96によって覆われ、従って、電気コンタクト構造42の内側部分81IP(図6C1(FIG.6C’))の下で、電気コンタクト構造42の他の部分81OPは層36とオーミックコンタクトしたままである。次に、ここでは例えばSFであるフッ素系ドライエッチングを用いて、以下のようにビア90がエッチングされ、すなわち、基板層32を貫き、材料82の内部部分(ここでは、例えば、図6C1においてSiNx、SiO、モリブデン又はポリシリコン)及びTi又はTaの底部層42a(これは、III族-N半導体層36の上面部分の中にリセス化されてもよい)の内部部分81IPを貫いてビア90をエッチングし、そして、そのフッ素系エッチングによる副生成物が不揮発性であるアルミニウムベースの層42bの内側部分で停止するフッ素系ドライエッチングを用いてビア90がエッチングされる。従って、ここでは追加の(別個の)エッチング停止層42ESは存在せず、むしろ、層42bがエッチング停止層として機能する。 Next, the processing on the back surface side proceeds as shown in FIG. 2U. More specifically, the wafer is mounted face down on a temporary carrier (not shown), where the wafer is thinned to, for example, 50 or 100 microns. The exposed bottom surface of this structure is masked with mask 96 (FIG. 6C) so as to expose the bottom surface portion of the substrate 32 below the source electrode structure 22 1-223 . The outer peripheral portion of the semiconductor, dielectric or metal material 82 is covered by the mask 96, and therefore, under the inner portion 81 IP of the electrical contact structure 42 (FIG. 6C1 (FIG. 6C')), the electrical contact structure 42 The other portion 81 OP remains in ohmic contact with layer 36. Next, here, the via 90 is etched as follows using, for example, SF 6 fluorine-based dry etching, that is, it penetrates the substrate layer 32 and the internal portion of the material 82 (here, for example, in FIG. 6C1). Through the internal portion 81 IP of the bottom layer 42a of Ti or Ta (which may be recessed into the top portion of the Group III-N semiconductor layer 36) (SiNx, SiO 2 , molybdenum or polysilicon). The via 90 is etched using a fluorine-based dry etching that etches the via 90 and stops the by-products of the fluorine-based etching at the inner portion of the non-volatile aluminum-based layer 42b. Therefore, there is no additional (separate) etching stop layer 42 ES here, but rather the layer 42b functions as an etching stop layer.

次に、図6Dを参照するに、図6Cの構造の底面が、それを覆って且つ延在したビアホール90の側面及び底面を覆って形成された、ここでは例えば銅系である導電層28を有しており、それにより、図2Uに関連して上述したように、この構造が図示のように電気コンタクト構造42”の内側部分又は中央部分を電気的に相互接続するため、そしてひいてはソース電極構造22-22を相互接続するための、導電ビア96及びグランドプレーン導体95が形成されている。この実施形態において、III族-N材料は、図6Aに関連して上述したように、裏面側の処理及びビア90の形成に先立って、ウエハの前面からエッチングされる。次いで、アパーチャ80(図6A)が、フッ素系ドライエッチングケミストリでエッチングされることができる材料層82(ここでは、例えば、SiN、SiO、モリブデン又はポリシリコン)で充填される。ビア90を形成するためにエッチングされる必要がある全ての層がもはや基板32(シリコン、炭化シリコン(SiC)、二酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン(SiN)、又はこれらの組み合わせ)及びアパーチャの半導体又は誘電体又は金属材料82(ここでは、例えば、SiN、SiO、モリブデン又はポリシリコン)であると仮定すると、これらの層は全て、フッ素系エッチャントを用いてエッチングされることができる。結果として、この場合、ビアエッチングプロセス全体にフッ素系エッチングが使用される。 Next, with reference to FIG. 6D, the bottom surface of the structure of FIG. 6C is formed to cover the side surface and the bottom surface of the via hole 90 extending and covering it, here, for example, a copper-based conductive layer 28. Has, thereby, as described above in connection with FIG. 2U, for this structure to electrically interconnect the inner or central portion of the electrical contact structure 42 "as shown, and thus the source electrode. Conductive vias 96 and ground plane conductors 95 are formed to interconnect structures 22 1-223 . In this embodiment, the Group III -N materials are as described above in connection with FIG. 6A. The aperture 80 (FIG. 6A) is then etched from the front surface of the wafer prior to backside treatment and formation of vias 90. The material layer 82 (here, here) can be etched with a fluoro-based dry etching chemistry. For example, it is filled with SiN x , SiO 2 , molybdenum or polysilicon). All layers that need to be etched to form the via 90 are no longer substrate 32 (silicon, silicon carbide (SiC), silicon dioxide (silicon). Assuming SiO 2 ), silicon nitride (SiN x ), or a combination thereof) and the semiconductor or dielectric or metal material 82 of the aperture (here, eg SiN x , SiO 2 , molybdenum or polysilicon). All of these layers can be etched using a fluoro-based etchant. As a result, in this case, fluoro-based etching is used throughout the via etching process.

次に図6D1(FIG.6D’)を参照して、他の一実施形態を説明する。この実施形態においては、図6Dにおいてよりも幅広にビア96がエッチングされるが、ここでも、エッチングが、アルミニウムベースの層42bの内側部分で停止する。従って、やはり、追加の(別個の)エッチング停止層42ESは存在せず、むしろ、層42bがエッチング停止層として機能する。このケース(図6D1)では、(図6C1に示した)ビア90内の誘電体層82が残っていない。 Next, another embodiment will be described with reference to FIG. 6D1 (FIG. 6D'). In this embodiment, the via 96 is etched wider than in FIG. 6D, but again the etching is stopped at the inner portion of the aluminum-based layer 42b. Therefore, again, there is no additional (separate) etching stop layer 42 ES , rather the layer 42b functions as an etching stop layer. In this case (FIG. 6D1), the dielectric layer 82 in the via 90 (shown in FIG. 6C1) does not remain.

次に図7A-7Gを参照するに、他の一実施形態が示されている。ここでは、図2Bに示した構造10’’’が、図示のように窓402-406のみが形成されることを除いて図2Cに関して説明したようにして処理されている。窓40-40を形成した後、窓40、40、40によって露出された層36の内側表面部分上に、従来からのシリコン(Si)ファウンドリ適合(サブトラクティブ)リソグラフィ及びエッチング処理技術を用いて、ここでは例えば二酸化シリコン又はSiNであるエッチング停止層42ES’が形成される。なお、図7Bでは、層36の露出表面のうち外側表面部分にはエッチング停止層42ES’がない。それに代えて、図示はしないが、全ての窓40によって露出された層36の内側表面部分上にエッチング停止層42ES’が形成されてもよい。 Next, with reference to FIGS. 7A-7G, another embodiment is shown. Here, the structure 10'''shown in FIG. 2B is processed as described with respect to FIG. 2C, except that only windows 402-406 are formed as shown. After forming windows 40 2-406 , conventional silicon (Si) foundry conforming (subtractive) lithography and etching treatments are performed on the inner surface portion of the layer 36 exposed by windows 40 2 , 404 , 406. Using the technique, an etching stop layer 42 ES ', which is here, for example, silicon dioxide or SiN x , is formed. In FIG. 7B, the etching stop layer 42 ES'is not provided on the outer surface portion of the exposed surface of the layer 36. Alternatively, although not shown, the etching stop layer 42 ES'may be formed on the inner surface portion of the layer 36 exposed by all windows 40.

次に図7Cを参照するに、エッチング停止層42ES’の上に層42a、42b及び42cが形成されている。なお、層42a、42b及び42cの外周部分は層36と直に接触している。故に、図4A、4A1、及び4B、4B1に関連して上述したアニールプロセスの後、層42a、42b及び42cの外周部分とIII族-N層36との間にオーミックコンタクトが形成される。なお、ここでは、電気コンタクト構造42’’’、42’’’及び42’’’は、層42a、42b及び42cの上ではなく、層42a、42b及び42cの内側部分の下にあるここではエッチング停止層42ES’であるエッチング停止層を含んでいる。従って、電気コンタクト構造42’’’が層42cの上(電気コンタクト構造42の上)にエッチング停止層42ESを含んでいた図3Bに関連して上述したが、ここでは、図3B1に示したように、図7A-7Fで使用される電気コンタクト構造42’のエッチング停止層42ES’は、電気コンタクト構造42’’’の層42aの内側又は中央部分の下にある。 Next, referring to FIG. 7C, the layers 42a, 42b and 42c are formed on the etching stop layer 42 ES '. The outer peripheral portions of the layers 42a, 42b and 42c are in direct contact with the layer 36. Therefore, after the annealing process described above in relation to FIGS. 4A, 4A1, and 4B, 4B1, ohmic contacts are formed between the outer peripheral portions of layers 42a, 42b and 42c and the group III-N layer 36. It should be noted that here, the electrical contact structures 42''' 1 , 42''' 3 and 42''' 5 are not above the layers 42a, 42b and 42c, but below the inner portions of the layers 42a, 42b and 42c. Here, an etching stop layer 42 ES'is included. Thus, although described above in connection with FIG. 3B where the electrical contact structure 42'''contains the etching stop layer 42 ES on the layer 42c (on the electrical contact structure 42), it is shown here in FIG. 3B1. As such, the etching stop layer 42 ES'of the electrical contact structure 42'used in FIGS. 7A-7F is below the inner or central portion of the layer 42a of the electrical contact structure 42'''.

なお、図7Cでは、電極コンタクト54-54が、図示のように、ソース電極構造22-22、ドレイン電極構造18、18、及びゲート電極構造14-14の上部層を同時に形成している。 In FIG. 7C, the electrode contacts 541-549 are the upper layers of the source electrode structure 22 1-22 3 , the drain electrode structures 18 1 and 182 , and the gate electrode structure 14 1-144 , as shown in the figure. Are formed at the same time.

次に図7Dを参照するに、前面側の処理の完了後、図2Sを参照して、裏面側処理が開始される。より具体的には、ウエハが、図示しない一時的なキャリア上にフェイスダウンで取り付けられ、次いで、ここでは例えば50又は100ミクロンまで、ウエハが薄化される。この構造の底面が、マスク内の窓をエッチング停止層42ES’の下方に配置してマスクされる。図示のように、ここでは例えばフッ素であるエッチャントを用いて、基板32を貫くビア102がエッチングされる。 Next, referring to FIG. 7D, after the processing on the front side is completed, the processing on the back side is started with reference to FIG. 2S. More specifically, the wafer is face-down mounted on a temporary carrier (not shown), where the wafer is then thinned, eg, to 50 or 100 microns. The bottom surface of this structure is masked by placing the window in the mask below the etching stop layer 42 ES '. As shown here, the via 102 penetrating the substrate 32 is etched using, for example, an etchant which is fluorine.

次に図7Eを参照するに、例えばBCl及びClなどの塩素系エッチャントを用いて、ビア102がビア102’へと延ばされ、図示のように、このエッチングはエッチング停止層42ES’で停止する。次に、SiO又はSiNのいずれかがエッチング停止層42ES’として使用されるとき、フッ素系であるドライエッチングケミストリを用いて、ビアホール102’の底からエッチング停止層42ES’が除去される。SiO及びAl層42ESのエッチング停止層42ES’、及び図7Fに示すように、一部のSiN層のエッチング停止層42ES’を除去することには、フッ素系ウェットエッチングが好ましい。 Next, referring to FIG. 7E, the via 102 is extended to the via 102'using, for example, chlorine-based etchants such as BCl 3 and Cl 2 , and as shown, this etching is performed on the etching stop layer 42 ES '. Stop at. Next, when either SiO 2 or SiN x is used as the etching stop layer 42 ES ', the etching stop layer 42 ES'is removed from the bottom of the via hole 102' using a fluorine-based dry etching chemistry. To. Fluorine-based wet etching is used to remove the etching stop layer 42 ES'of the SiO 2 and Al 2 O 3 layer 42 ES , and the etching stop layer 42 ES'of some SiN x layers as shown in FIG. 7F. Is preferable.

次に図7Gを参照するに、ソース電極構造22-22を電気的に相互接続するために、図2Uに関連して上述したように、この構造の底面を覆って導電層28が形成される。 Next, referring to FIG. 7G, in order to electrically interconnect the source electrode structures 22 1-22 3 , a conductive layer 28 is formed over the bottom surface of this structure as described above in connection with FIG. 2U. Will be done.

次に図8A-8Fを参照するに、ソース電極構造のうちの1つへのオーミックコンタクト、及び裏面側メタライゼーション導電層28へのソース電極構造の接続を形成するための他の一実施形態が示されている。故に、図8Aに示すように、AlGaN層36の上面上に誘電体層38を形成した後、ここでは例えば塩素系エッチャントBCl及びClである従来からのリソグラフィ及びドライエッチングプロセスを用いて、図8Bに示すように、誘電体層38とその下に位置するAlGaN層36及びGaN層34の部分とを貫いて、基板32の表面まで、窓200が形成される。 Next, with reference to FIGS. 8A-8F, another embodiment for forming an ohmic contact to one of the source electrode structures and a connection of the source electrode structure to the backside metallization conductive layer 28 is It is shown. Therefore, as shown in FIG. 8A, after forming the dielectric layer 38 on the upper surface of the AlGaN layer 36, here, for example, using conventional lithography and dry etching processes such as chlorine-based etchants BCl 3 and Cl 2 . As shown in FIG. 8B, the window 200 is formed through the dielectric layer 38 and the portions of the AlGaN layer 36 and the GaN layer 34 located below the dielectric layer 38 to the surface of the substrate 32.

次に図8Cを参照するに、図2Dに関連して上述したように、オーミックコンタクト構造42OCの層42a、42b及び42cを有する電気コンタクト構造42’が順次に堆積され、従来からのリソグラフィ-エッチングプロセスを用いて、図示のようにパターニングされる。オーミックコンタクト構造42OCは、チタン(Ti)又はタンタル(Ta)の底部層42aと、層42a上の、例えばアルミニウム又はSiドープトアルミニウムAl1-xSi(ただし、Siドーピングxは典型的に≦0.05)である層42bと、例えばタンタル(Ta)又は金属窒化物(ここでは例えば窒化チタン(TiN))である層42cとを有する。次に、上述のアニールプロセスを用いて、オーミックコンタクト構造42OCとAlGaN層36の側壁との間にオーミックコンタクト領域110(図8C)が形成される。次に、図2F-2Hに関連して上述したように、誘電体層44及び48が図示のように形成される。 Next, with reference to FIG. 8C, as described above in connection with FIG. 2D, the electrical contact structure 42'with layers 42a, 42b and 42c of the ohmic contact structure 42 OC is sequentially deposited and conventional lithography. It is patterned as shown using an etching process. The ohmic contact structure 42 OC is a titanium (Ti) or tantalum (Ta) bottom layer 42a and, for example aluminum or Si-doped aluminum Al 1-x Si x (where Si doping x is typically) on the layer 42a. It has a layer 42b which is (≦ 0.05) and a layer 42c which is, for example, tantalum (Ta) or a metal nitride (here, for example, titanium nitride (TiN)). Next, using the annealing process described above, an ohmic contact region 110 (FIG. 8C) is formed between the ohmic contact structure 42 OC and the side wall of the AlGaN layer 36. Next, as described above in relation to FIG. 2F-2H, the dielectric layers 44 and 48 are formed as shown.

次に、図2Iに関連して上述したように、ダマシンプロセスが、図8Eに示すように誘電体層50を堆積することによって開始され、続いて、この例では、図2I-2Lに関連して上述したように底面及び側面が密着・銅拡散バリア層54a(ここでは、例えば、タンタル若しくは窒化タンタル又はこれらの組み合わせ)でライニングされた銅の上部層54bを含む電気インターコネクトの形成が行われ、図8Fに示すように、上述のダマシン電極コンタクト54-5411のうちの例示的な1つ(ここでは添え字なしで54として示す)が得られる。 Next, as described above in connection with FIG. 2I, the damascene process is initiated by depositing the dielectric layer 50 as shown in FIG. 8E, followed in this example in relation to FIG. 2I-2L. As described above, an electrical interconnect including a copper upper layer 54b whose bottom surface and side surfaces are closely lined with a copper diffusion barrier layer 54a (here, for example, tantalum or tantalum nitride or a combination thereof) is formed. As shown in FIG. 8F, one exemplary of the above-mentioned damascene electrode contacts 54 1-54 11 (here shown as 54 without subscripts) is obtained.

図2M-2Rに関連して上述したように処理が続けられ、その後、図6A-6Dに関連して上述したように裏面側処理が開始される。より具体的には、ウエハが、図示しない一時的なキャリア上にフェイスダウンで取り付けられ、ここでは例えば50又は100ミクロンまで、ウエハが薄化される。ソース電極構造22-22の下方の基板32の底面部分を露出させるように、この構造の露出した底面がマスクされる。次に、ここでは例えばSFであるフッ素系ドライエッチングを用いて、基板層32を貫き、Ti又はTaの底部層42aを貫き、そして、そのフッ素系エッチングによる副生成物が不揮発性であるアルミニウムベースの層42bで停止して、ビア90がエッチングされる。従って、ここでは追加の(別個の)エッチング停止層42ESは存在せず、むしろ、図8Gに示すように、層42bがエッチング停止層として機能する。 The process is continued as described above in relation to FIG. 2M-2R, and then the back surface process is initiated as described above in connection with FIGS. 6A-6D. More specifically, the wafer is mounted face down on a temporary carrier (not shown), where the wafer is thinned to, for example, 50 or 100 microns. The exposed bottom surface of this structure is masked so as to expose the bottom surface portion of the substrate 32 below the source electrode structure 22 1-223 . Next, here, for example, using a fluorine-based dry etching of SF 6 , the substrate layer 32 is penetrated, the bottom layer 42a of Ti or Ta is penetrated, and the by-product of the fluorine-based etching is non-volatile aluminum. The via 90 is etched by stopping at the base layer 42b. Therefore, there is no additional (separate) etching stop layer 42 ES here, but rather the layer 42b functions as an etching stop layer, as shown in FIG. 8G.

次に、図8Hを参照するに、図8Gの構造の底面が、図2S-2Uに関連して上述したように、電気コンタクト構造42’の層42bと電気的に接続された導電層28を有している。 Next, with reference to FIG. 8H, a conductive layer 28 in which the bottom surface of the structure of FIG. 8G is electrically connected to the layer 42b of the electrical contact structure 42'as described above in connection with FIG. 2S-2U. Have.

次に図9A-9Eを参照するに、他の一実施形態が示されている。ここでは、図9Aに示すように、AlGaN層36の上面上に誘電体層38を形成した後に、ここでは従来からのリソグラフィ及びドライエッチングプロセス(ここでは、例えば、塩素系エッチャントBCl及びCl)を用いて、図9Bに示すように、誘電体層38とその下に位置するAlGaN層36及びGaN層34の部分とを貫いて基板32の表面まで、窓200が形成される。 Next, with reference to FIGS. 9A-9E, another embodiment is shown. Here, as shown in FIG. 9A, after forming the dielectric layer 38 on the upper surface of the AlGaN layer 36, here, conventional lithography and dry etching processes (here, for example, chlorine-based etchants BCl 3 and Cl 2 ). ) Is used to form a window 200 through the dielectric layer 38 and the portions of the AlGaN layer 36 and the GaN layer 34 located below the dielectric layer 38 to the surface of the substrate 32, as shown in FIG. 9B.

次に、(図9Bに示した)窓200のエッジ周りのIII族-N半導体層36の表面部分を露出させるよう、(図9Cに示すように)誘電体層38を横方向にエッチングするフッ素系ドライエッチャントを用いて、窓202がエッチングされる。 Fluorine that laterally etches the dielectric layer 38 (as shown in FIG. 9C) so as to expose the surface portion of the group III-N semiconductor layer 36 around the edge of the window 200 (shown in FIG. 9B). The window 202 is etched using a system dry etchant.

次に、図9D及び9Eに示すように、図8C及び8Dに関連して説明したようにして層42a、42b、44及び48が形成され、その後、図8E及び8Fに関連して上述したようにしてプロセスが続けられる。 Next, as shown in FIGS. 9D and 9E, the layers 42a, 42b, 44 and 48 are formed as described in connection with FIGS. 8C and 8D, and then as described above in connection with FIGS. 8E and 8F. And the process continues.

理解されるべきことには、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変更がなされ得る。例えば、金属-半導体オーミックコンタクト構造42OC’は、例えばTa/Al、Ti/Al、Ta/Al/Ta、Ta/Al1-xSi/Ta、Ta/Al/TiN、Ta/Al/Ni、Ti/Al/Ni、Ta/Al、Ti/Al、Ti/Al/W、Ti/Al/Mo、Ti/Al/Ptなどの、Ta、Ti、TiN、Pt、Ni、Si、AlSi、W、又はMoとのAlの2層以上のスタックを有し得る。また、図2Jに示した構造は、電極コンタクト54を形成するのに先立って金フリー製造領域から除去されてもよく、その場合、電極コンタクト54は金としてもよい。 It should be understood that various changes may be made without departing from the spirit and scope of this disclosure. For example, the metal-semiconductor ohmic contact structure 42 OC'is , for example, Ta / Al, Ti / Al, Ta / Al / Ta, Ta / Al 1-x Si x / Ta, Ta / Al / TiN, Ta / Al / Ni. , Ti / Al / Ni, Ta / Al, Ti / Al, Ti / Al / W, Ti / Al / Mo, Ti / Al / Pt, etc., Ta, Ti, TiN, Pt, Ni, Si, AlSi, W , Or may have two or more layers of Al with Mo. Further, the structure shown in FIG. 2J may be removed from the gold-free manufacturing region prior to forming the electrode contact 54, in which case the electrode contact 54 may be gold.

次に図11A-11Eを参照して、Niベースのゲート構造の選択的堆積に関するプロセスを説明する。従って、図2Fに示したように開口又は窓46を形成した後、ここではALDを用いて、開口46を通して酸化ニッケル(NiO)ゲートメタル層128が選択的に堆積される。なお、NiO層128は、SiNx層44には接着しないが、NiO ALD堆積プロセス中に-OH基を形成しやすい自然酸化膜で終端されたAlGaN層36に接着することになり、それによってALD堆積を支援する。すなわち、半導体であるAlGaNは、ALD中にNiOが付着することになるいくらかの自然酸化膜を持つのに対し、SiNx層上には、NiOが結合する有意な濃度の-OH基(例えばSiO又はAlなどの酸化物層上に存在するような)が存在しないので、SiNx上へのNiOメタル堆積が抑制される。堆積のこの-OH基依存性が、堆積された酸化物(例えば、SiO又はAl)、自然酸化膜、又は酸素プラズマ処理表面(例えば、酸化されたAlGaN表面又はSiNx表面)の上への選択的ゲートメタル堆積の基礎である。 The process for selective deposition of Ni-based gate structures will then be described with reference to FIGS. 11A-11E. Therefore, after forming the openings or windows 46 as shown in FIG. 2F, the nickel oxide (NiO) gate metal layer 128 is selectively deposited through the openings 46, here using the ALD. The NiO layer 128 does not adhere to the SiNx layer 44, but adheres to the AlGaN layer 36 terminated with a natural oxide film that easily forms -OH groups during the NiO ALD deposition process, thereby adhering to the ALD deposition. To support. That is, AlGaN, which is a semiconductor, has some natural oxide film on which NiO adheres in ALD, whereas on the SiNx layer, a significant concentration of -OH groups (for example, SiO 2) to which NiO is bonded (for example, SiO 2 ). Or, since there is no such as present on an oxide layer such as Al 2 O 3 , NiO metal deposition on SiNx is suppressed. This —OH group dependence of the deposit is on the deposited oxide (eg SiO 2 or Al 2 O 3 ), natural oxide film, or oxygen plasma treated surface (eg, oxidized AlGaN surface or SiNx surface). It is the basis of selective gate metal deposition to.

次に図11Bを参照するに、NiO層128が還元剤中でアニールされ、ここでは例えば、水素を有するガスが、NiO+H=Ni+HOである反応によって、NiOをNi層128’へと変換すなわち還元して、図11Bに示すようなゲート電極構造14’-14’を形成する。 Next, referring to FIG. 11B, the NiO layer 128 is annealed in the reducing agent, and here, for example, the gas having hydrogen is converted into the Ni layer 128'by the reaction of NiO + H 2 = Ni + H 2 O. That is, it is reduced to form a gate electrode structure 14'1-14' 4 as shown in FIG. 11B.

次に図11Cを参照するに、この構造を覆って、ここでは例えばSiNxである誘電体層130が堆積され、ここでは例えば二酸化シリコンである層132に続かれ、そして、それが、図11Cに示すように化学機械研磨(CMP)を用いて平坦化される。 Next, referring to FIG. 11C, overlying this structure, a dielectric layer 130, for example SiNx, is deposited here, followed by a layer 132, for example silicon dioxide, which is shown in FIG. 11C. Flattened using chemical mechanical polishing (CMP) as shown.

ここでは例えばフッ素系ドライエッチングを用いる従来からのリソグラフィ-エッチングプロセスを用いて、ソースオーミックコンタクト(S)、ドレインオーミックコンタクト(D)、及びNiゲートメタル128’の上に、酸化シリコン層50を貫いて、開口52が形成される。なお、このエッチングはSiNx層130で停止する。次に、図11Dに示すように、フッ素系ドライエッチングを用いて開口52がSiNx層130を貫いて続けられ、それにより、ソースオーミックコンタクト(S)、ドレインオーミックコンタクト(D)、及びゲート電極構造14’-14’を形成するNiゲートメタル128’を露出させる。 Here, the silicon oxide layer 50 is pierced over the source ohmic contact (S), the drain ohmic contact (D), and the Ni gate metal 128'using, for example, a conventional lithography-etching process using fluorine-based dry etching. The opening 52 is formed. This etching is stopped at the SiNx layer 130. Next, as shown in FIG. 11D, the opening 52 is continued through the SiNx layer 130 by using fluorine-based dry etching, whereby the source ohmic contact (S), the drain ohmic contact (D), and the gate electrode structure are continued. The Ni gate metal 128'forming 14'1-14'4 is exposed.

次に図11Eを参照するに、露出されたソースオーミックコンタクト(S)、ドレインオーミックコンタクト(D)、及びNiゲートメタル128’上に、図示のように、銅ダマシンコンタクト541-5411が形成される。より具体的には、先ず、露出されたソースオーミックコンタクト(S)、ドレインオーミックコンタクト(D)、及びゲート電極構造14’-14’のNiゲートメタル128’上への銅めっきを容易にするために、薄いメタルシード層(典型的に、Ta/Cu、Ta/TaN/Cu、又はTaN/Cu、且つ≦100nm)をスパッタリングすることによって、ここでは銅ダマシン電極コンタクト54-5411が形成される。なお、このシード層はまた、銅拡散バリアとして、及び誘電体に対する密着層としても機能する。次いで、FETを完成させるために、開口52の過剰な銅オーバーフィルが化学機械研磨(CMP)で除去され、それが、トレンチ内に配置された金属だけを置き去りにすることによって金属インターコネクトを画成する。そして、図2L-2Uにて説明したようにして、残りのFET処理が進められる。 Next, with reference to FIG. 11E, copper damascene contacts 541-5411 are formed on the exposed source ohmic contacts (S), drain ohmic contacts (D), and Ni gate metal 128', as shown. .. More specifically, first, the exposed source ohmic contact (S), drain ohmic contact (D), and copper plating on the Ni gate metal 128'of the gate electrode structure 14'1-14'4 can be easily performed. By sputtering a thin metal seed layer (typically Ta / Cu, Ta / TaN / Cu, or TaN / Cu, and ≦ 100 nm), the copper damascene electrode contacts 54 1-54 11 are here. It is formed. The seed layer also functions as a copper diffusion barrier and as an adhesion layer to the dielectric. To complete the FET, excess copper overfill in the opening 52 is then removed by chemical mechanical polishing (CMP), which defines the metal interconnect by leaving only the metal placed in the trench. do. Then, as described in FIG. 2L-2U, the remaining FET processing proceeds.

次に図12A-12Cを参照するに、他の一実施形態が示されている。ここでは、図11Bに示したようにゲートメタル128’を形成した後に、図12Aに示すように、例えばガンマ形のゲート構造14”~14”を設けるために、ゲートメタル128’上に、例えばTiN/W、W、Ta、TaN、Ta/TaN、又はMoといった頂部層又はキャップ層128aが形成される。 Next, with reference to FIGS. 12A-12C, another embodiment is shown. Here, after forming the gate metal 128'as shown in FIG. 11B, for example, in order to provide a gamma-shaped gate structure 14 " 1 to 14" 4 as shown in FIG. 12A, the gate metal 128'is formed on the gate metal 128'. For example, a top layer or a cap layer 128a such as TiN / W, W, Ta, TaN, Ta / TaN, or Mo is formed.

次に図12Bを参照するに、この構造を覆って、ここでは例えばSiNxである誘電体層130が堆積され、ここでは例えば二酸化シリコンである層132に続かれ、そして、それが化学機械研磨(CMP)を用いて平坦化される。 Then, referring to FIG. 12B, overlying this structure, a dielectric layer 130, for example SiNx, is deposited, followed here, for example, a layer 132, which is silicon dioxide, and it is chemically mechanically polished ( Flattened using CMP).

次に図12Cを参照するに、ここでは例えばフッ素系ドライエッチングを用いる従来からのリソグラフィ-エッチングプロセスを用いて、ソースオーミックコンタクト(S)、ドレインオーミックコンタクト(D)、及びNiゲートメタル128’の上に、酸化シリコン層50を貫いて、開口52が形成される。なお、このエッチングはSiNx層130で停止する。次に、図12Cに示すように、フッ素系ドライエッチングを用いて開口52がSiNx層130を貫いて続けられ、それにより、ソースオーミックコンタクト(S)、ドレインオーミックコンタクト(D)、及びゲート電極構造14”-14”を形成するNiゲートメタル128’を露出させる。次いで、図11E(又は図2K)に関して上述したように、そして、図2L-2Uに関して上述したよう、残りの処理が進められ、FETが完成される。 Next, referring to FIG. 12C, here, using a conventional lithography-etching process using, for example, fluorine-based dry etching, the source ohmic contact (S), the drain ohmic contact (D), and the Ni gate metal 128' An opening 52 is formed above the silicon oxide layer 50 through the silicon oxide layer 50. This etching is stopped at the SiNx layer 130. Next, as shown in FIG. 12C, the opening 52 is continued through the SiNx layer 130 by using fluorine-based dry etching, whereby the source ohmic contact (S), the drain ohmic contact (D), and the gate electrode structure are continued. The Ni gate metal 128'forming 14 " 1-14 " 4 is exposed. Then, as described above for FIG. 11E (or FIG. 2K) and as described above for FIG. 2L-2U, the rest of the processing proceeds to complete the FET.

次に図13Aを参照するに、ここでは、図2Eに示した構造を形成した後に、ここでは例えば、1回以上の堆積サイクルを有するALDを用いて、図示のように、層44の上にAlの層140が堆積される。 Next, referring to FIG. 13A, here, after forming the structure shown in FIG. 2E, here, for example, using an ALD having one or more deposition cycles, on the layer 44 as shown in the figure. Layer 140 of Al 2 O 3 is deposited.

次に図13Bを参照するに、従来からのリソグラフィと、それに続く例えばフッ酸系ウェットエッチング若しくは塩素系ドライエッチング又はこれら双方の組み合わせといったウェット及び/又はドライエッチングプロセスとを用いて、図示のように層140がパターニングされる。 Next, with reference to FIG. 13B, as illustrated, using conventional lithography followed by wet and / or dry etching processes such as hydrofluoric acid wet etching or chlorine dry etching or a combination of both. The layer 140 is patterned.

次に図13Cを参照するに、このプロセスは、図12Aに関して上述したようなALD NiO材料の層128を、パターニングされたAl層140上に選択的に形成することによって続けられる。なお、上述したように、NiO層128は、SiNx層44には接着せず、パターニングされたAl層140に接着することになる。次に、このプロセスは、図11Bに関して上述したように続けられ、ここでは例えば水素を有するガスである還元剤中でNiOがアニールされ、NiOがNiへと変換すなわち還元される。先述のように、(例えばSiO又はAlなどの酸化物層上に存在するような)有意な濃度の-OH基が存在しないのでSiNx上へのNiOメタル堆積は抑制されるのに対し、酸化物であるAlにはALD堆積中にNiOが容易に付着することになる。 Then referring to FIG. 13C, this process is continued by selectively forming a layer 128 of the ALD NiO material as described above with respect to FIG. 12A on the patterned Al2O 3 layer 140. As described above, the NiO layer 128 does not adhere to the SiNx layer 44 , but adheres to the patterned Al2O3 layer 140. This process is then continued as described above for FIG. 11B, where NiO is annealed in a reducing agent, for example a gas having hydrogen, and NiO is converted or reduced to Ni. As mentioned above, the absence of significant concentrations of -OH groups (such as those present on oxide layers such as SiO 2 or Al 2 O 3 ) suppresses NiO metal deposition on SiNx. On the other hand, NiO easily adheres to Al 2 O 3 which is an oxide during ALD deposition.

次に、このプロセスは、図11C-11E(又は図2H~-K)に関して上述したように、そして、図2L-2Uによって続けられる。 This process is then continued as described above for FIGS. 11C-11E (or FIGS. 2H-K) and by FIG. 2L-2U.

次に図14A-14Kを参照して、金属-絶縁体-半導体FET(MISFET)のゲートについて説明する。従って、ここでは、AlGaN層36(図14A)の上に、図14Bに示すように、例えばAlである絶縁体層150が形成される。製造は、次いで、図14Dに示すような窓40’-40’を形成するために、SiNx層38の部分に加えてAl層150が除去される必要があることを追加の要件として、図2B-2Fと同様にして進められる。実際には、SiNxのフッ素系コンタクト形成ドライエッチングは、Al層150に対して選択的である。Alを除去することは、希HFウェットエッチング又は塩素系ドライエッチングを必要とする。 Next, the gate of the metal-insulator-semiconductor FET (MISFET) will be described with reference to FIGS. 14A-14K. Therefore, here, as shown in FIG. 14B, an insulator layer 150, for example, Al 2 O 3 , is formed on the AlGaN layer 36 (FIG. 14A). Manufacture then added that the Al2O3 layer 150 in addition to the portion of the SiNx layer 38 needs to be removed in order to form the windows 40'1-40'7 as shown in FIG. 14D . As a requirement, it proceeds in the same manner as in FIG. 2B-2F. In practice, the fluorinated contact forming dry etching of SiNx is selective for the Al2O3 layer 150. Removing Al 2 O 3 requires rare HF wet etching or chlorine-based dry etching.

図14Eに示すように、図2Dに関して上述したようにしてソース(S)及びドレイン(D)電気コンタクト構造42-42が形成される。図2Dに関連して上述したようにして電気コンタクト構造42-42を形成した後、このプロセスは、図2E-2Fに関して上述したように誘電体層44を続け、ここでも、図14Fに示すようにSiN層が形成される。 As shown in FIG. 14E, the source (S) and drain (D) electrical contact structures 42 1-427 are formed as described above with respect to FIG. 2D. After forming the electrical contact structure 42 1-427 as described above in connection with FIG. 2D, this process continues with the dielectric layer 44 as described above with respect to FIG. 2E - 2F, again in FIG. 14F. As shown, a SiN x layer is formed.

次に、図14Gに示すように、図2Fに関して上述したようにして、層44及びここでは例えば窒化シリコンSiN38であるパッシベーション層38を貫いて開口46が形成される。なお、開口46を形成するために使用されるエッチングは、時限エッチングプロセスを使用してAl層150で停止する。 Next, as shown in FIG. 14G, as described above with respect to FIG. 2F, an opening 46 is formed through the layer 44 and here the passivation layer 38, which is, for example, silicon nitride SiN x 38. The etching used to form the opening 46 is stopped at the Al2O 3 layer 150 using a timed etching process.

次に、図14Hに示すように、図11Aに関して上述したように、ALDを用いて、開口中に酸化ニッケル(NiO)ゲートメタル層128が選択的に堆積される。次に、図14Iを参照するに、図11Bに関して上述したように、ここでは例えば水素を有するガスである還元剤中でNiO層128がアニールされ、NiO層128がNi層128’へと変換すなわち還元される。次に、図14J-14Kに示すように、このプロセスは、図11C-11Eに関して上述したように続けられ、又はそれに代えてこのプロセスは図12A-12Cのように続けられ、そして、図2L-2Uが続いてFETが完成される。 Next, as shown in FIG. 14H, as described above with respect to FIG. 11A, the nickel oxide (NiO) gate metal layer 128 is selectively deposited in the openings using the ALD. Next, with reference to FIG. 14I, as described above with respect to FIG. 11B, here the NiO layer 128 is annealed in a reducing agent, for example a gas having hydrogen, and the NiO layer 128 is converted to the Ni layer 128'. Be reduced. Next, as shown in FIGS. 14J-14K, this process is continued as described above for FIG. 11C-11E, or in lieu, this process is continued as in FIGS. 12A-12C and FIG. 2L-. 2U follows and the FET is completed.

もはや理解されるはずのことには、開示に従った電界効果トランジスタのゲート構造を形成する方法は、半導体を用意し、前記半導体の選択された部分の上に開口を有する誘電体層を、前記半導体の上に形成し、ゲートメタル堆積プロセスを用いて、前記誘電体層の上及び前記開口の中にゲートメタルを選択的に堆積させ、堆積される当該ゲートメタルは当該ゲートメタル堆積プロセスによって前記誘電体層に接着しない、ことを含む。当該方法は、以下の特徴のうちの1つ以上を、独立に、又は他の特徴と組み合わせて含み得る:当初の前記ゲートメタルを化学的に還元することを含む;堆積される前記ゲートメタルは、前記ゲートメタル堆積プロセスによって前記誘電体層に接着せず、前記半導体に接着する;又は、前記半導体の上に絶縁層を形成することを含み、前記開口は、前記絶縁層を露出させ、堆積される前記ゲートメタルは、前記ゲートメタル堆積プロセスによって前記誘電体層に接着せず、前記絶縁層に接着する。 It should no longer be understood that the method of forming the gate structure of a field effect transistor according to the disclosure is to prepare a semiconductor and provide a dielectric layer with an opening over a selected portion of the semiconductor. The gate metal formed on the semiconductor and selectively deposited on the dielectric layer and in the opening using the gate metal deposition process, and the deposited gate metal is said by the gate metal deposition process. Includes not adhering to the dielectric layer. The method may include one or more of the following features, either independently or in combination with other features: chemically reducing the original gate metal; the deposited gate metal , Which does not adhere to the dielectric layer but adheres to the semiconductor by the gate metal deposition process; or comprises forming an insulating layer on the semiconductor, the opening exposing and depositing the insulating layer. The gate metal to be formed does not adhere to the dielectric layer but adheres to the insulating layer by the gate metal deposition process.

これまたもはや理解されるはずのことには、開示に従った電界効果トランジスタのゲート構造を形成する方法は、半導体を用意し、前記半導体の表面の上に非酸化物の誘電体層を形成し、当該非酸化物の誘電体層は、前記半導体の前記表面の選択された部分の上に配置された開口を有し、前記非酸化物の誘電体層、及び前記半導体の前記表面の露出された前記選択された部分を、ゲートメタル堆積プロセスにかけ、堆積されるゲートメタルは、前記非酸化物の誘電体層に接着せず、前記半導体の前記表面の露出された前記選択された部分上に形成された酸化物に接着する、ことを含む。当該方法はまた、前記半導体の前記表面の上に酸化物の絶縁層を形成し、前記開口は、前記酸化物の絶縁層を露出させ、堆積される前記ゲートメタルは、前記ゲートメタル堆積プロセスによって前記非酸化物の誘電体層に接着せず、前記酸化物の絶縁層に接着する、という特徴を含み得る。 It should also be understood that the method of forming the gate structure of an electric field effect transistor according to the disclosure is to prepare a semiconductor and form a non-oxide dielectric layer on the surface of the semiconductor. The non-oxide dielectric layer has openings disposed on selected portions of the surface of the semiconductor, and the non-oxide dielectric layer and the surface of the semiconductor are exposed. The selected portion is subjected to a gate metal deposition process, and the deposited gate metal does not adhere to the non-oxide dielectric layer and is placed on the exposed selected portion of the surface of the semiconductor. Includes adhering to the formed oxides. The method also forms an oxide insulating layer on the surface of the semiconductor, the openings expose the insulating layer of the oxide, and the deposited gate metal is produced by the gate metal deposition process. It may include the feature that it does not adhere to the non-oxide dielectric layer but adheres to the oxide insulating layer.

これまたもはや理解されるはずのことには、開示に従った電界効果トランジスタのゲート構造を形成する方法は、半導体を用意し、前記半導体の選択された部分の上に開口を有する誘電体層を、前記半導体の上に形成し、前記開口の中にゲートメタルを選択的に堆積させる、ことを含む。当該方法は、以下の特徴のうちの1つ以上を、独立に、又は他の特徴と組み合わせて含み得る:当初の前記ゲートメタルを化学的に還元することを含む;当初の前記ゲートメタルの形成は原子層成長を有する;当初の前記ゲートメタルは金属酸化物である;又は、前記化学的に還元することは、堆積された当初の前記ゲートメタルを還元剤中でアニールすることを有する。 It should also be understood that the method of forming the gate structure of a field effect transistor according to the disclosure is to prepare a semiconductor and provide a dielectric layer with an opening over a selected portion of the semiconductor. Includes forming on the semiconductor and selectively depositing a gate metal in the opening. The method may include one or more of the following features, either independently or in combination with other features: chemically reducing the original gate metal; forming the original gate metal. Has atomic layer growth; the initial gate metal is a metal oxide; or the chemical reduction has the annealing of the deposited initial gate metal in a reducing agent.

これまたもはや理解されるはずのことには、開示に従ったIII族-V半導体の選択された部分の上にゲート構造を形成する方法は、前記半導体の選択された部分の上に開口を有する誘電体層を、前記半導体の上に形成し、前記開口によって露出された表面上に酸化ニッケルを形成し、前記酸化ニッケルを還元剤中でアニールして、前記酸化ニッケルをニッケルへと変換させる、ことを含む。当該方法はまた、当初の前記酸化ニッケルの形成は原子層成長を有するという特徴を含み得る。 It should also be understood that the method of forming a gate structure on a selected portion of a group III-V semiconductor according to the disclosure has an opening on the selected portion of the semiconductor. A dielectric layer is formed on the semiconductor, nickel oxide is formed on the surface exposed by the openings, and the nickel oxide is annealed in a reducing agent to convert the nickel oxide into nickel. Including that. The method may also include the feature that the initial formation of the nickel oxide has atomic layer growth.

これまたもはや理解されるはずのことには、開示に従った電界効果トランジスタのゲート構造を形成する方法は、半導体を用意し、前記半導体の選択された部分の上に開口を有する誘電体層を、前記半導体の上に形成し、原子層成長によって、前記開口の中にゲートメタルを選択的に堆積させ、堆積された前記ゲートメタルを化学的に還元する、ことを含む。 It should also be understood that the method of forming the gate structure of a field effect transistor according to the disclosure is to prepare a semiconductor and provide a dielectric layer with an opening over a selected portion of the semiconductor. , The gate metal is selectively deposited in the opening by forming on the semiconductor and by atomic layer growth, and the deposited gate metal is chemically reduced.

本開示の多数の実施形態を説明してきた。そうとはいえ、理解されることには、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変更がなされ得る。例えば、NiOメタル128は、前述の実施形態のいずれにおいても、Niメタル128’へと還元される必要はなく、部分的に還元されるのみであってもよい。従って、その他の実施形態も以下の請求項の範囲内にある。 Many embodiments of the present disclosure have been described. Nevertheless, it is understood that various changes can be made without departing from the spirit and scope of this disclosure. For example, the NiO metal 128 does not need to be reduced to the Ni metal 128'in any of the above embodiments, but may only be partially reduced. Therefore, other embodiments are also within the scope of the following claims.

Claims (10)

電界効果トランジスタのゲート構造を形成する方法であって、
半導体を用意し、
前記半導体の選択された部分の上に開口を有する非酸化物の誘電体層を、前記半導体の上に形成し、
ゲートメタル堆積プロセスを用いて、前記非酸化物の誘電体層の上及び前記開口の中にゲートメタルを選択的に堆積させ、堆積される当該ゲートメタルは、酸化ニッケルであり、当該ゲートメタル堆積プロセスによって前記非酸化物の誘電体層に接着せず
当初の前記ゲートメタルを化学的に還元する、
ことを有する方法。
A method of forming the gate structure of a field effect transistor,
Prepare a semiconductor,
A non-oxide dielectric layer having an opening over a selected portion of the semiconductor is formed on the semiconductor.
The gate metal is selectively deposited on the non-oxide dielectric layer and in the opening using a gate metal deposition process, and the deposited gate metal is nickel oxide, and the gate metal deposition is performed. It does not adhere to the non-oxide dielectric layer by the process,
Chemically reducing the original gate metal,
How to have that.
堆積される前記ゲートメタルは、前記ゲートメタル堆積プロセスによって前記非酸化物の誘電体層に接着せず、前記半導体に接着する、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the deposited gate metal does not adhere to the non-oxide dielectric layer by the gate metal deposition process, but adheres to the semiconductor. 当該方法は、前記半導体の上に絶縁層を形成することを含み、前記開口は、前記絶縁層を露出させ、堆積される前記ゲートメタルは、前記ゲートメタル堆積プロセスによって前記非酸化物の誘電体層に接着せず、前記絶縁層に接着する、請求項1に記載の方法。 The method comprises forming an insulating layer on the semiconductor, the opening exposing the insulating layer and the deposited gate metal being the non-oxide dielectric by the gate metal deposition process. The method according to claim 1, wherein the insulating layer is not adhered to the layer but is adhered to the insulating layer. 電界効果トランジスタのゲート構造を形成する方法であって、
半導体を用意し、
前記半導体上に酸化物の絶縁層を形成し、
前記酸化物の絶縁層の表面の上に非酸化物の誘電体層を形成し、当該非酸化物の誘電体層は、前記酸化物の絶縁層の前記表面の選択された部分の上に配置された開口を有し、
前記非酸化物の誘電体層、及び前記酸化物の絶縁層の前記表面の露出された前記選択された部分を、ゲートメタル堆積プロセスにかけ、堆積されるゲートメタルは、酸化ニッケルであり、前記非酸化物の誘電体層に接着せず、前記酸化物の絶縁層の前記表面の露出された前記選択された部分に接着する、
ことを有する方法。
A method of forming the gate structure of a field effect transistor,
Prepare a semiconductor,
An oxide insulating layer is formed on the semiconductor to form an oxide insulating layer.
A non-oxide dielectric layer is formed on the surface of the oxide insulating layer , and the non-oxide dielectric layer is placed on a selected portion of the surface of the oxide insulating layer . Has an opening,
The exposed selected portion of the surface of the non-oxide dielectric layer and the oxide insulating layer is subjected to a gate metal deposition process and the deposited gate metal is nickel oxide and the non-oxide. It does not adhere to the dielectric layer of the oxide, but to the exposed selected portion of the surface of the insulating layer of the oxide.
How to have that.
電界効果トランジスタのゲート構造を形成する方法であって、
半導体を用意し、
前記半導体の選択された部分の上に開口を有する非酸化物の誘電体層を、前記半導体の上に形成し、
前記開口の中にゲートメタルを選択的に堆積させ、前記ゲートメタルは酸化ニッケルであり、
当初の前記ゲートメタルを化学的に還元する、
ことを有する方法。
A method of forming the gate structure of a field effect transistor,
Prepare a semiconductor,
A non-oxide dielectric layer having an opening over a selected portion of the semiconductor is formed on the semiconductor.
A gate metal is selectively deposited in the opening, and the gate metal is nickel oxide.
Chemically reducing the original gate metal,
How to have that.
当初の前記ゲートメタルの形成は原子層成長を有する、請求項に記載の方法。 The method of claim 5 , wherein the initial formation of the gate metal has atomic layer growth. 前記化学的に還元することは、堆積された当初の前記ゲートメタルを還元剤中でアニールすることを有する、請求項に記載の方法。 The method of claim 5 , wherein chemically reducing comprises annealing the initially deposited gate metal in a reducing agent. III族-V半導体の選択された部分の上にゲート構造を形成する方法であって、
前記半導体の選択された部分の上に開口を有する非酸化物の誘電体層を、前記半導体の上に形成し、
前記開口によって露出された表面上に酸化ニッケルを形成し、
前記酸化ニッケルを還元剤中でアニールして、前記酸化ニッケルをニッケルへと変換させる、
ことを有する方法。
A method of forming a gate structure on a selected portion of a group III-V semiconductor.
A non-oxide dielectric layer having an opening over a selected portion of the semiconductor is formed on the semiconductor.
Nickel oxide is formed on the surface exposed by the opening and
The nickel oxide is annealed in a reducing agent to convert the nickel oxide into nickel.
How to have that.
当初の前記酸化ニッケルの形成は原子層成長を有する、請求項に記載の方法。 The method of claim 8 , wherein the initial formation of nickel oxide has atomic layer growth. 電界効果トランジスタのゲート構造を形成する方法であって、
半導体を用意し、
前記半導体の選択された部分の上に開口を有する非酸化物の誘電体層を、前記半導体の上に形成し、
原子層成長によって、前記開口の中に酸化ニッケルを選択的に堆積させ、
堆積された前記酸化ニッケルを化学的に還元する、
ことを有する方法。
A method of forming the gate structure of a field effect transistor,
Prepare a semiconductor,
A non-oxide dielectric layer having an opening over a selected portion of the semiconductor is formed on the semiconductor.
Atomic layer growth selectively deposits nickel oxide in the openings.
Chemically reducing the deposited nickel oxide ,
How to have that.
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